Расчет материального баланса урана в отделении сорбции

 

Процесс сорбции осуществляется в сорбционно-напорных колоннах (СНК-3М), работающих в режиме противотока сорбент-раствор. В качестве ионобменной смолы используется Ambersep 920UCl^- (SO₄)^2-. Рабочая емкость смолы 55 кг/кг.

Расчет ведем на суточное количество исходного раствора ПР, плотность которого 1,01 г/м³, тогда

 

V_сут = 2350· 24 = 56400 (м³/сут),

 

m_сут= 56400· 1,01 = 56964 (кг/сут).

 

Количество урана в продуктивном растворе

 

56400·0,16 = 9024 (кг).

 

Принимаем извлечение урана в анионит 98,5 %, тогда количество извлекаемого урана составит

 

9024· 0,985 = 8888,64 (кг).

 

Поскольку рабочая емкость смолы Ambersep 920UCl^- (SO₄)^2- – 0,55 кг/кг, потребуется смолы для сорбции

 

= 16161,16 (кг).

 

В растворе после сорбции остается урана

 

9024 – 8888,64 = 135,36 (кг).

 

Количество анионита с сорбированным ураном

 

16161,16 + 8888,64 = 25049,8 (кг).

 

Количество маточников сорбции

 

56964 – 8888,64 = 48075,36 (кг).

 

На основе проведенных расчетов составляем материальный баланс процесса сорбции – таблица 5.1.

 

Таблица 5.1–Материальный баланс сорбции

 

Приход			Расход
Наименование	количество, кг/сут		Наименование	количество, кг/сут
	всего	вт.ч. урана		всего	вт.ч. урана
1. Продуктивный раствор	56964	9024	1.Насыщ. анионитAmbersep 920U Cl-(SO4)2-	25049,8	8888,64
2.Сильно-основной анионит Ambersep 920UCl- (SO4)2-	16161,16		2. Маточник сорбции	48075,36	135,36
Итого	73125,16	9024	Итого	73125,16	9024

 

Таким образом, количество урана на смоле в сутки составляет 9024 кг, а в год – 3293760 кг.

 

 

Расчет материального баланса в отделении десорбции

Десорбция является процессом обратным процессу сорбции, поэтому для эффективной десорбции урана используют реагенты, оказывающие наибольшее депрессирующее влияние при его сорбции. Поэтому десорбцию проводим аммиачной селитрой NH₄NO₃c концентрацией 200 – 250 г/л.

Десорбция проводится при соотношении фаз Т:Ж = 1:1,5.

Тогда объем десорбирующего раствора составит

 

25049,8· 1,5 = 37574,7 (кг/сут).

 

Расчет расхода десорбирующего раствора:

а) расход серной кислоты

 

= 230 × 37,5747= 8642,181 (кг/сут);

 

б) расход воды будет соответственно

 

37574,7– 8642,181= 28932,519 (кг/сут).

 

Расчет выхода товарного десорбата:

а) выход урана в процессе десорбции примем 99 %, тогда

 

8888,64· 0,99 = 8799,7536 (кг/сут).

 

б) количество урана, оставшегося на смоле

 

8888,64– 8799,7536= 88,8864 (кг/сут).

 

На основе расчетов составляем материальный баланс процесса десорбции – таблица 5.2.

 

Таблица 5.2–Материальный баланс десорбции

 

Приход			Расход
Наименование	количество, кг/сут		Наименование	количество, кг/сут
	всего	вт.ч. урана		всего		вт.ч. урана
1. Насыщенный анионит Ambersep 920UCl- (SO4)2-	25049,8	8888,64	1. Товарный десорбат	37574,7		8799,7536
2.Десорбирующий раствор: NH4NO3 H2O	8642,18128932,519		2.Регенерированная смола	25049,8		88,8864
Итого	62624,5	8888,64	Итого	62624,5	8888,64

 

По итогам данного расчета количество урана в товарном десорбате в сутки составляет

8799,7536, в год – 3211910,064 кг.

 

 

Аппаратурный расчет

 

Расчет колонны СНК-3М

 

В качестве сорбционных колонн выбраны повсеместно используемые, надежные в работе и показывающие хорошие технологические параметры работы сорбционные напорные колонны типа СНК-3М.

Исходные данные для выбора и расчета сорбционного оборудования приведены в таблице 5.3.

 

Таблица 5.3 – Исходные данные для выбора и расчета сорбционного оборудования

 

Наименование показателей	Условные обозначения	Величина показателя
Производительность по продуктивным растворам, м3/ч	Qч	2350
Содержание урана в продуктивных растворах (среднее), г/л	Спр	0,16
Остаточное содержание урана в маточниках сорбции, г/л	Cвр	до 0,003
Объем сорбента в одной колонне без бункера, м3	Vсор	56
Содержание урана в насыщенном ионите, кг/т	Сu	70
Пористость слоя сорбента, %	θ	50
АнионитAmbersep 920U Cl- (SO4)2-
Максимальная емкость, кг/м3	Cmax	56
Минимальная емкость, кг/м3	Cmin	1
Рабочая емкость, кг/м3	Ср	55
Линейная скорость движения растворов, м/ч		35

Колонна СНК-3М имеет следующие показатели: D = 3м, H = 12м.

К расчету и установке принимаем колонны с неподвижным слоем анионита, действительная линейная скорость движения растворов – 35м/ч.

Продуктивный раствор в объеме 250 м³/ч со скоростью 35 м/ч подается в колону сорбции.

Расчет диаметра колонны сорбции

 

D = s w:ascii="Cambria Math" w:h-ansi="Cambria Math"/><wx:font wx:val="Cambria Math"/><w:i/><w:color w:val="000000"/><w:sz w:val="28"/><w:sz-cs w:val="28"/></w:rPr><m:t>вЌµГ—ПЂ</m:t></m:r></m:den></m:f></m:e></m:rad></m:oMath></m:oMathPara></w:p><w:sectPr wsp:rsidR="00000000"><w:pgSz w:w="12240" w:h="15840"/><w:pgMar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>">                                                             (5.2)

D =  = 3 (м)

 

Рассчитаем полное время работы слоя сорбента до проскока

     τ =  + ,                                       (5.3)

 

где τ_пар – время параллельного переноса фронта концентрации;

τ₀ – время формирования фронта рабочих концентрации.

Время параллельного переноса находится по формуле (5.2)

 

;                                         (5.4)

 

где Н – высота слоя сорбента;

Н₀ – высота рабочего слоя сорбента;

 – скорость перемещения фронта равных концентраций.

 

Время формирования рабочих концентрации

 

τ₀ = ,                                   (5.5)

 

где а_р – равновесная концентрация сорбируемого вещества в сорбенте;

С_исх – исходная концентрация сорбируемого вещества в растворе;

К₁ – кинетический коэффициент внешней диффузии.

 

К₁= D × ,                                    (5.6)

 

где D – коэффициент молекулярной диффузии (D = 10^-7 ÷ 10^-9 м/сек.)

w – скорость движения раствора (w = 35 м/ч);

d – диаметр зерен сорбента (d = 0,001 м).

 

Определим время формирования фронта рабочих концентрации

 

K₁ = 10^-7 · 3600 ·  = 67,35,

 

τ₀ =  = 7,42 ч.

 

Определим время параллельного переноса концентрации

 

Н₀ = ln  = ln  = 0,52 × ln 66,67 = 2,18 м,

 

где С_пр – концентрация вещества при проскоке.

Отсюда

ν =  =  = 0,3 м/ч;

 

 =  = 6,07 ч.

Тогда, полное время работы слоя сорбента до проскока будет

 

τ = 6,07 + 7,42 = 13,49 ч.

 

Определим объем насыщенной смолы

 

V = H₀ ·r² · π= 2,18· (1,5)² · 3,14 = 15,4 м³.

 

Площадь поперечного сечения сорбционной колонны определяется из выражения:

 

S = Пd² / 4 = 3,14· 3² / 4 = 7,065 м³.

 

Высота слоя сорбента будет Н = 8 м. А объем смолы будет V = 8∙7 = 56 м³. Фактический объем колонны равен 56 м³.

 

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: