Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
Структурная эффективность [л может быть очень близкой к единице, если соответствующим образом подобрать прозрачность фильтра отношение характеристических радиусов R (или 1 /Рс) и толщину делящего и несущего слоев с учетом рабочих давлений газодиффузионпого завода (рис. 3.11). В этом предельном случае композитный пористый фильтр оказывается эквивалентным одному делящему слою.
Проницаемость композитного пористого фильтра G очень сложным образом зависит от проницаемости G (т) и G (s) и от других характеристик делящего и несущего слоев [3.122]. Проницаемость G здесь уже не будет линейной функцией среднего давления и лишь при предельно высоком давлении (рис. 3.12) асимптотически приближается к величине
7Q - '(?? (&!&)' + №№) [\ 4 Р_ R (1 +RVU) 1
¦ °°_ к (1 + Rtiay L 1 Ро 1 + 5*/ц J’ ^ >
где GK и Ро — кнудсеновская проницаемость и характеристическое давление для проницаемости делящего слоя в соответствии с формулой (3.60), Такую нелинейность G также заметили Бэррер
92
и Никольсои [3.149] в аналогичной модели, предложенной ими для структуры однородного пористого фильтра.
3.2. РАЗДЕЛИТЕЛЬНАЯ СТУПЕНЬ
В этом разделе мы рассмотрим соотношение между обогащением легкого компонента бинарной смеси, т. е. разностью концентраций (N' — N), после прохождения через диффузионную ступень и локальным обогащением на пористом фильтре (v — N) [3.25—3.28]. Это соотношение зависит от свойств и относительного расположения потоков газа, текущих на каждой стороне пористого фильтра.
3.2.1. Характеристики ступени
Предположим сначала, что разделительная ступень состоит из одного диффузионного делителя, в котором содержится один единственный пористый фильтр и имеется три отверстия: входное
Рис. 3.13. Параметры газодиффузионной ступени.
Для потока, концентрации и давления применяются соответственно обозначения: L, N, Я —на входе
потока питания; L/V',
Р' — па выходе обогащенной (легкой) фракции:
L", N". Р” — на выходе обедненной (тяжелой)
фракции; l(x), N(x), Р(х) —-в потоке газа через сечение % Х + &Х X
х канала высокого давления, перпендикулярное направлению потока: dl(x), v(x), Р'(х)—ъ газе, прошедшем через пористый фильтр между сечениями х, x + dx канала высокого давления.
для питающего газа и два выходных для газа, обогащенного или обедненного легким компонентом. Переменные, характеризующие ступень, показаны на рис. 3.13. Значения концентрации легкого компонента N, N', N" и соответствующие потоки L, L', L" удовлетворяют уравнениям сохранения (см. разд. 2.1.2):
L = L' + L"; LN = L' N' + L"N", (3.100)
или, если ввести коэффициент деления потоков 0 = L'/L,
L' = 6Z; L" = (1—9)Z; N = W + (1 - 0) N". (3.101)
Соответствующие давления удовлетворяют неравенствам Р> >Р">Р'; их значения поддерживаются на постоянном уровне с помощью одного или двух компрессоров. Температура в диффузионной ячейке Тв также поддерживается постоянной с помощью системы теплообмена (см. разд. 3.2.6, 3.4.4). Отделение высокого давления, изображенное в верхней части рис. 3.13, может быть, например, внутренностью цилпидра с пористыми стенками, или
93
зазором между пористой пластиной и непористой стенкой, или зазором между двумя пористыми пластинами, или зазором между двумя коаксиальными цилиндрическими трубками с пористыми стенками. Обычно диффузионный делитель делается из большого числа таких элементов, включенных параллельно и последовательно.
Пусть во всех этих конфигурациях D означает длину диффузионного фильтра в направлении вдоль потока высокого давления, -ар — периметр сечения пористых фильтров, перпендикулярного этому потоку. Поток высокого давления 1(х) уменьшается от 1(0) ==L на входе до /(D)=L"=( 1—0)L на выходе обедненной фракции. Тогда поток газа, продиффундировавшего через пористый фильтр между сечениями х и x + dx, будет:
dl(x) = pdx ОДх)ДЯ(х), (3.102)
где G(x)—проницаемость и АР (х)—разность давлений поперек пористого фильтра в сечении диффузионного делителя х (3.19).
Здесь используются коэффициенты разделения ступени q и легкой фракции а*, определенные формулами (2.23)
я* = N' (1 — iV)/[( 1 — N') N] = 1 + е* ; q = Л" (1 — — N') N"\ = 1 -I- g, (3.103)
причем коэффициенты обогащения ступени g и легкой фракции е* связаны между собой соотношением (2.17)
е* = (1 - 0) gj[l + 0g (1 - N')\ ~ (1 - 9) g. (3.104)
Последнее выражение справедливо для случая малого обогащения UF6 при газовой диффузии. Коэффициент разделения легкой фракции а* не совпадает с коэффициентом разделения на пористом фильтре ал, определенным формулой (3.5), так как концентрации N(х, z) и N'(x, г) в двух отделениях диффузионного делителя нельзя считать постоянными.
Изменение концентрации N(х, г) внутри отделения высокою давления от Лг на входе до N" на выходе происходит вследствие обогащения легкого компонента потока, прошедшего через фильтр, причем по меньшей мере в двух направлениях — в направлении вдоль потока высокого давления х и в направлении 2, перпендикулярном поверхности фильтра.
а. В данном сечении (х) диффузионного делителя слой газа высокого давления, примыкающий к поверхности фильтра, частично обедняется легкими молекулами, так как легкие молекулы диффундируют через фильтр в большем количестве, чем тяжелые, по отношению к их начальной концентрации. В установившемся состоянии значение этой концентрации изменяется, как показано на рис. 3.14, а в слое газа вдоль всей поверхности фильтра соблюдаются неравенства
