ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Результаты расчета процесса, проверка на соответствие экспериментальным данным из "Плазменные и высокочастотные процессы получения и обработки материалов в ядерном топливном цикле - настоящее и будущее" Система уравнений (4.3)-(4.3б) решена в двух приближениях. В первом приближении исследована эволюция капель растворов урана и других элементов по длине плазменного реактора в различных режимах при допущении монодисперсного распыления раствора. Во втором приближении рассмотрен более часто встречающийся случай полидисперсного распыления раствора. В последнем случае описываемая распределением Розина-Раммлера совокупность капель различного размера, образующих поток распыленного раствора, аппроксимировали набором двенадцати монодисперсных групп. Первая и двенадцатая из этих групп относились к максимальным и минимальным размерам капель соответственно. Проведено детальное исследование, включающее анализ зависимости состава получаемого оксидного материала от условий проведения процесса, а именно от мощности и температуры плазменного теплоносителя, соотношения начальных скоростей потока плазмы и капель раствора, требуемого времени пребывания капель (частиц) в канале реактора, размера капель и т. п. Кратко рассмотрим основные результаты, полученные для обоих приближений. [c.174] Решение системы уравнений проводили на ЭВМ БЭСМ-6 при следующих начальных условиях электрическая мощность — 150-г4000 кВт, диаметр плазменного реактора — 0,1-ь0,6 м, начальная температура плазменного теплоносителя 4000- 6000 К, начальный диаметр капель раствора — 20, 40, 100 мкм, скорость капель на входе в реактор 80 Ч- 300 м/с, расход раствора — 0,015 -Ь 0,23 кг/с, исходная концентрация — 0,05 -Ь 0,3 кг (П)/кг раствора. [c.174] Приведенные на рис. 4.3 зависимости позволяют при определенном режиме обработки найти длину реактора, на которой получается продукт заданного химического состава, конечную температуру частиц и теплоносителя, скорости газовой и дисперсной фаз, диаметр конечной частицы в предположении, что не происходит вторичного (последующего) дробления. Определяется также и требуемое время обработки. В принципе, если знать зависимость фазовых переходов в частице оксида металла от температуры, то можно определить точку на пространственно-временной координате реактора, в которой достигается не только требуемый химический, но и фазовый состав продукта. [c.176] С увеличением начальной температуры теплоносителя Тд и увеличением удельных энергозатрат (х) длина реактора, на которой происходит образование продукта заданного состава, уменьшается (рис. 4.6). Из анализа данных, приведенных на рисунках 4.3 4.6, можно сделать вывод о предпочтительности применения механических распылителей (м = 30 м/с). Увеличение диаметра реактора при прочих равных условиях ведет во всех случаях к уменьшению его длины (рис. 4.7), что связано с уменьшением тепловых потерь в стенку реактора. [c.176] Температура выходягцей из реактора парогазовой смеси и максимальная температура частиц в значительной степени определяются технологическими задачами конкретного приложения. Например, если требуется удалить из частицы оксид азота до массового содержания 0,001 % за время 0,1-г0,001 с, необходима температура дисперсной фазы 1000 -Ь 1600 К. Такие температуры легко достигаются при обработке дезинтегрированного раствора в плазменном реакторе даже при начальном диаметре капель до 100 мкм (рис. 4.8). [c.177] Значение температуры парогазовой смеси, покидающей реактор, влияет как на энергетические показатели процесса (с этой точки зрения необходима минимизация температуры отработанного теплоносителя), так и на качество получаемого продукта (чистота оксида урана по остаточному азоту). Повышение температуры разделения дисперсной и газовой фаз приводит к снижению сорбционных свойств дисперсного порошка, в связи с чем получаемый продукт содержит меньшие количества оксидов азота, т. е. с увеличением температуры парогазовой смеси качество продукта улучшается. [c.178] Из рис. 4.10 видно, что потери тепла через стенки реактора существенно зависят от размера капель, их начальной скорости и диаметра реактора. Применение механических диспергаторов, обеспечивающих низкую скорость входа капель раствора wk = 30 м/с), позволяет снизить потери тепла или при заданных потерях использовать более грубый распыл раствора. [c.178] Таким образом, моделирование плазменного реактора позволяет получить основные характеристики процесса денитрации и определить при заданном диаметре О требуемую длину реактора Ь. Например, реактор диаметром 0,1 м для переработки пневматически распыленного раствора нитрата уранила при расходе 0,015 кг/с (размер капель раствора — 40 мкм при скорости их входа IVк = 300 м/с) в плазменном теплоносителе с начальной температурой 4000 К должен иметь длину 1,5 м (см. рис.4.3). При этом максимальная температура частиц составляет 1540 К, температура парогазовой смеси па выходе из реактора 1350 К (см. рис. 4.3), а тепловые потери 20% (рис. 4.10). [c.179] Вернуться к основной статье