Северский государственный технологический институт НИЯУ МИФИ

А. Я. Сваровский, профессор кафедры МАХП;

В. П. Пищулин, профессор кафедры МАХП, e-mail: pischulin@ssti.ru;

Ф. В. Макаров, зав. кафедрой МАХП;

Л. Ф. Зарипова, доцент кафедры МАХП;

С. А. Шарифуллин, студент.

Рассмотрен вопрос получения гексафторида урана и фторидов редкоземельных элементов из оксидов в аппаратах с небольшим расходом фтора и твердой фазы. Приведены исследования структуры двухфазных вихревых потоков. Определено поле локальных скоростей частиц твердой фазы в вихревом потоке модельного аппарата с помощью лазерно-доплеровского измерителя скорости. Установлены области течений: изменение величин тангенциальной и осевой скоростей в потоке. Проведено математическое моделирование процессов фторирования оксидов урана в вихревом потоке, установлен трехстадийный режим процесса: инертный прогрев частиц, квазистационарный разогрев смеси, диффузионный режим горения, даны рекомендации по расчету реакционной зоны вихревого реактора. Проведенные расчеты форсированных режимов фторирования в вихревом потоке и результаты экспериментов по структуре двухфазных потоков позволили сконструировать узел ввода фтора и подачи оксидов урана в вихревой аппарат для фторирования, определить основные размеры форсунки. Применение вихревых потоков в различных технологических процессах требует при разработке аппаратуры знаний гидродинамики течения двухфазных потоков. Значительный интерес при получении гексафторида урана и фторидов редкоземельных элементов из оксидов представляют аппараты с небольшими расходами фтора и твердой фазы оксидов. С целью сокращения затрат на натурные эксперименты проведены моделирование и расчеты на ЭВМ режима процесса фторирования оксидов урана в вихревых аппаратах. Существующие методы расчета для циклонных топочных устройств выполнены для камер большого диаметра. При этом рассматриваются модели объемного и смешанного (в объеме и на стенке) горения частиц. Для проведения численных исследований макрокинетики процесса фторирования оксидов урана использовались кинетические характеристики из работ, выполненных во ВНИИХТе, на Сибирском химическом комбинате и в Томском политехническом университете. Разработана конструкция вихревого реактора для процессов фторирования оксидов урана и редкоземельных элементов.

1. Щукин В. К. Теплообмен и гидродинамика внутренних потоков в полях массовых сил. — М. : Машиностроение, 1970. — 195 с.
2. Резняков А. Б., Устименко Б. П. и др. Технологические основы циклонных топочных и технологических процессов. — Алма-Ата : Наука, 1974. — 205 с.
3. Халатов А. А., Щукин В. К., Летягин В. Г. Локальные и интегральные характеристики закрученного течения в длинной трубе // ИФЖ. Т. XXXIII, № 2. 1977. С. 224–232.
4. Пищулин В. П., Сваровский А. Я., Сваровский Я. А. Исследование структуры двухфазного вихревого потока методом лазерного зондирования // Межд. симпозиум «Контроль и реабилитация окружающей среды» : тез. докл. — Томск, 1998. С. 179.
5. Кнорре Г. Ф. Топочные процессы. — Л. : Госэнергоиздат, 1951. — 147 с.
6. Резняков А. Б., Басина И. П. и др. Горение натурального твердого топлива. — Алма-Ата : Наука, 1968. С. 307–308.
7. Карелин А. И., Колмаков А. Д., Сваровский А. Я. и др. Исследование процесса фторирования оксидов редкоземельных элементов в вихревых потоках // Горение конденсированных систем : сб. статей. — Черноголовка : Ин-т химической физики АН СССР, 1977. С. 111–113.
8. Пищулин В. П., Сваровский А. Я., Макаров Ф. В. Макрокинетика процессов фторирования оксидов урана в вихревых потоках // VI Междунар. науч.-практ. конф. «Актуальные проблемы урановой промышленности», 14–16 сентября 2010 г. : сб. докл. — Алматы, 2010. С. 272–276.
9. Франк-Каменецкий Д. А. Диффузия и теплопередача в химической кинетике. — М. : Наука, 1967. — 396 с.
10. Лисицын В. И., Румянов Э. Н., Хайкин Б. И. О периоде индукции при воспламенении совокупности частиц // Физика горения и взрыва. 1971. № 1. С. 3.
11. Пищулин В. П., Сваровский А. Я. Макрокинетика процессов фторирования оксидов урана и редкоземельных элементов в вихревых потоках // «Современные неорганические фториды» (INTERSIBFLUORINE—2006) : сб. трудов II Междунар. Сибирского семинара, 11–16 июня 2006 г. — Томск, 2006. С. 250–254.