Результат интеллектуальной деятельности: ФИЛЬТР НАСЫПНОЙ ДЛЯ ОСВЕТЛЕНИЯ СУСПЕНЗИЙ

Изобретение относится к гидрометаллургической технологии переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), конкретно - к осветлению малоконцентрированных суспензий, образующихся при растворении ОЯТ.

Осветление является важной технологической операцией, обеспечивающей стабилизацию последующей экстракционной переработки раствора, очищенного от взвесей.

Известен способ осветления с применением насыпного фильтра (фильтра с несвязанной фильтрующей перегородкой) с двухслойной фильтрующей загрузкой, образованной двумя разноразмерными и разноплотными материалами (патент RU 2054300, B01D 24/14, опубл. БИ №5, 1996 г.). Верхний слой загрузки - электрокорунд Д1АМ50, диаметр частиц 0,5-1,0 мм, плотность 3,95 г/см³ нижний слой - металлосферический порошок (МСП) из нержавеющей стали, с диаметром частиц 0,2-0,4 мм, плотность 7,34 г/см³.

Недостатком фильтра является образование «лобового слоя» на границе раздела двух видов загрузки и выброс фильтрующей загрузки из корпуса фильтра при нерегламентном повышении расхода регенерирующего потока.

От этих недостатков свободен фильтр с равноплотной и разноразмерной фильтрующей загрузкой с плавным бесступенчатым уменьшением межзерновых пор по направлению движения осветляемого потока снизу вверх и расширяющейся верхней частью корпуса (патент RU 2583811, B01D 24/14, опубл. БИ №13, 2014 г.).

По технической сущности это устройство является наиболее близким к заявляемому и выбрано в качестве прототипа.

В процессе использования были выявлены следующие недостатки устройства-прототипа.

Высокая локальная скорость осветляемого потока на выходе из элементов дренажно-распределительного устройства в фильтрующую загрузку приводит к неравномерному распределению осадка в межзерновых порах и значительной потере грязеемкости фильтрующей загрузки.

При наличии в осветляемом потоке суспензионных частиц большого размера происходит закупорка выходных отверстий дренажно-распределительного устройства.

Перечисленные недостатки обусловлены тем, что в способе-прототипе и устройстве-прототипе осветляемый поток движется снизу вверх, чего требует самоорганизующаяся структура фильтрующей загрузки. В насыпных фильтрах обычной конструкции (см. способ-аналог, а также Б.Е. Рябчиков «Современные методы подготовки воды для промышленного и бытового использования» М., ДеЛи принт, 2004 г., стр. 26-39) осветляемый поток движется сверху вниз равномерно по всему сечению фильтрующей загрузки и дренажно-распределительное устройство выполняет только функции сбора и вывода очищенного потока и подачи регенерирующего потока.

При нисходящем осветляемом потоке не является критичным наличие крупных суспензионных частиц, они перекрывают крайне малую часть поверхности фильтрующей загрузки, не препятствуя процессу осветления.

Задача: разработка насыпного фильтра для осветления растворов ОЯТ с восходящим движением осветляемого потока, с равномерным распределением суспензионных частиц в порозном объеме фильтрующей загрузки и устойчивого к наличию в осветляемом потоке крупных суспензионных частиц.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является насыпной фильтр для осветления суспензий с восходящим движением осветляемого потока в ламинарном режиме с равномерным распределением потока по сечению фильтра и исключающий попадание крупных частиц на распределитель потока.

Указанный технический результат достигается в насыпном фильтре для осветления суспензий, содержащем вертикальный корпус с равноплотной и разноразмерной загрузкой из металлосферического порошка с размером зерна 1,0 мм ≥D зерна ≥0,2 мм и уменьшением размера зерна по направлению движения осветляемого потока снизу вверх, нижняя часть корпуса, в которой размещена фильтрующая загрузка, выполнена в виде цилиндра, а верхняя - в виде усеченного конуса, штуцеры для ввода и вывода осветляемого потока, штуцеры для ввода и вывода регенерирующего потока, фильтр снабжен входной камерой, в которой расположено комбинированное распределительное устройство, состоящее из набора кольцевых элементов с фиксированным расстоянием между элементами и ложного дна, разделяющую фильтрующую нагрузку и полость, образованную кольцевыми элементами, при этом общее проходное сечение кольцевых элементов превышает проходное сечение ложного дна, а расстояние между отдельными кольцевыми элементами меньше размера отдельного канала ложного дна.

Общее проходное сечение кольцевых элементов превышает общее проходное сечение ложного дна не менее чем в 1,5 раза.

Размер единичного проходного канала ложного дна превышает расстояние между кольцевыми элементами не менее чем в 2 раза.

Общее проходное сечение ложного дна составляет не менее 5% от проходного сечения цилиндрической части корпуса фильтра без фильтрующей загрузки.

На чертеже представлена нижняя часть фильтра с входной камерой 1, набором кольцевых элементов 2, ложным дном 3, разделяющим фильтрующую загрузку 4 и полость 5, образованную кольцевыми элементами, штуцерами 6 и 7 для ввода осветляемого и регенерирующего потоков соответственно.

Осветление малоконцентрированной суспензии, жидкая фаза которой является раствором ОЯТ, осуществляется на фильтре следующим образом.

Выбранное соотношение общего проходного сечения кольцевых элементов и ложного дна обеспечивает отсутствие завихрений и турбулизации потока в полости, образованной кольцевыми элементами, и равномерное распределение потока на входе ложного дна.

Соотношение расстояния между отдельными кольцевыми элементами и размером единичного канала ложного дна позволяет набору кольцевых элементов выполнять функцию защитного барьера, исключающую забивку ложного дна крупными суспензионными частицами. С наружной стороны кольцевых элементов такие частицы удаляются при необходимости промывкой (снаружи или изнутри кольцевых элементов) и выводятся из входной камеры.

Общее проходное сечение ложного дна обеспечивает при обычном для насыпных фильтрах расходе осветляемого потока (1,5-3,5) м³/м²⋅час линейную скорость потока на входе в фильтрующую загрузку не выше (0,8-1,9) см/сек, т.е. в ламинарном режиме с равномерным распределением по сечению фильтрующей загрузки, соответственно, с равномерным распределением суспензионных частиц в межзерновых порах.

Ложное дно может быть организовано любым известным способом: регулярная перфорация днища с необходимым числом отверстий, прочная сетка на поддерживающей решетке, колпачковая насадка и т.п.

Таким образом, предлагаемое устройство устраняет недостатки прототипа, сохраняя преимущества фильтрования с восходящим потоком осветляемого потока через фильтрующую загрузку с самоорганизуемой структурой.