Обогащение урана - Беккер Е.
Скачать (прямая ссылка):
400 1,0975 5,5- Ю4
500 1,156 2,5-107
600 1,233 4,6-1010
700 1,329 3,3-1014
Pi = {Pi + Р2) N;
Pi = (Pi +A?)(1—N).
Используя выражения (4.4) и (4.5), получаем элементарный коэффициент разделения q0\
q0 = (N/(\-N))0/(N/(l-N))a =
= exp[(vW2— M1)Q2a^/2RT0]. (4.6)
Таким образом, коэффициент разделения зависит от квадрата окружной скорости и разности молекулярных масс разделяемых фракций. Коэффициент разделения зависит также от температуры и уменьшается с ее ростом. В то же время на него не влияют свойства химических соединений элементов, изотопы которых разделяются. Все эти характеристики специфичны для центрифугирования. В табл. 4.1 приведены коэффициенты разделения qо изотопов урана (М2 — Mi = 3 г), полученные для различной окружной скорости при температуре 310 К.
В таблице показано также отношение давления UF6 на стенке и на оси ротора. Это отношение очень сильно зависит от окружной скорости.
4.1.2. Умножение элементарного эффекта разделения в противоточном течении. Типы возбуждения потока и принцип суперпозиции
Элементарный эффект разделения может быть существенно увеличен наложением осевого противогочного движения на круговое движение газа внутри ротора. При наличии противотока отдельная центрифуга подобна миниатюрному каскаду, и благодаря этому достигается значительный эффект разделения в осевом направлении. Аналогия, существующая между каскадом и дистилляционной колонной, весьма полезна для анализа разделительного процесса.
Следует различать два класса противоточного движения: внутренний термомеханический противоток (циркуляция) и противоток с внешним возбуждением. Схематически центрифуга с циркуляцией изображена на рис. 4.2. Газообразный гексафторид урана вводят внутрь ротора через тонкую трубку на оси. Это дает возможность изменять осевое расположение точки питания, перемещая трубку в вертикальном направлении. Обедненный и обогащенный потоки выводят вблизи концов ротора через два отборника, которые имеют сходство с небольшими трубками Пито, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси ротора. Отборник на обогащенном конце заключен в узкую камеру, с одной
182
Рис. 4.2. Схематическое изображение противоточной газовой центрифуги:
У —диафрагма; 2 — линия питания UF6; 3 — линия отбора обедненного UF6; 4 — линия отбора обогащенного UF6; 5 — вакуумная система; « — отборник обогащенной фракции; 7 — корпус; 8 — ротор; 9 —питание UFe; 10 — штанга; // — отборник обедненной фракции UF6; 12 двигатель
стороны ограниченную крышкой ротора, а с другой — диафрагмой с центральным отверстием, которая позволяет отбирать газ и в то же время препятствует взаимодействию отборника с потоком внутри ротора. Совершенно иная ситуация имеет место на отборнике обедненной фракции. Он играет двоякую роль: служит для вывода обедненного потока
и, взаимодействуя с вращающимся газом, возбуждает циркуляционное течение, восходящее по оси ротора и нисходящее вдоль стенки. Аналогичное противоточное течение может возбуждаться также при соответствующих температурных условиях: незначительный нагрев нижней крышки (обедненный конец), охлаждение верхней крышки (обогащенный конец) в сочетании с линейным распределением температуры на боковой стенке.
В общем же случае внутренний термомеханический противоток может устанавливаться при совместном действии четырех элементарных источников возбуждения:
1) возбуждение отборником: противоток возникает из-за тормозящего действия отборника, расположенного на обедненном конце;
2) тепловое возбуждение крышками: циркуляция возбуждается температурными граничными условиями (рис. 4.3, а);
3) тепловое возбуждение стенками: на рис. 4.3, б показаны
температурные граничные условия, возбуждающие этот тип противотока;
Нижняя
Стенка
Верхняя
Ь к
г-*-а
Д7Г{
а.-*-г
а.)
Рис. 4.3. Температурные граничные условия, возбуждающие внутренний противоток:
и тепловое возбуждение крышками; б — тепловое возбуждение стенкой
183.
Я-4
ti
iii
Рис. 4.4. Схематическое изображение центрифуги с четырех* полюсным внешним противотоком:
/ —• внешний слой; 2 — внутренний слой
4) возбуждение потоками: течение возникает из-за наличия одного источника (точка питания внутри ротора) и двух стоков (извлечение отбора и отвала на концах ротора).
В дальнейшем мы примем очень существенное допущение, что циркуляционное течение можно рассматривать как малое возмущение квазитвердого вращения. Как следствие этого допущения вытекает принцип суперпозиции.
Если несколько источников возбуждения действуют одновременно, то результирующее поле плотности осевого потока получается суммированием четырех полей осевых массовых скоростей, соответствующих каждому источнику возбуждения в том случае, когда действовал бы только он один. Обозначив плотность осевого потока pVz, в соответствии с принципом суперпозиции получим:
z — (р^^возбуждение ~Ь (Р^^термовозбужденне Ч* (Р^^термовозбужденне Ч* отборником крышками стенкой
(Р^ z)B036y^eHHe
потоками
(4-7),
Иную природу имеет противоток с внешним возбуждением. На рис. 4.4 показана центрифуга с четырехполюсным противотоком такого типа. Здесь противоток формируется потоками, входящими и выходящими через отверстия в торцах ротора на различных радиусах, причем течение поддерживается насосами, расположенными вне ротора. В этом случае принцип суперпозиции заключается в том, что можно исследовать течение, создаваемое каждым слоем в отдельности, а затем складывать полученные два поля осевых массовых скоростей.
