一種流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統的製作方法
2023-06-05 02:41:11
本發明涉及洗滌設備技術領域，尤其涉及一種流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統。
背景技術：
UO2(二氧化鈾)核芯(直徑～500μm)是高溫氣冷堆球形燃料元件的重要組成部分，目前製備UO2核芯所採用的主流工藝是溶膠－凝膠法。根據凝膠原理不同，可分為外膠凝、內膠凝和內外結合的全膠凝工藝。各種膠凝工藝一般都經歷溶膠配製、分散膠凝成球、陳化、洗滌、乾燥、焙燒以及還原燒結的步驟，其中陳化和洗滌步驟位於整個工藝的中間階段，其工藝過程的優劣直接關係到凝膠球的質量。
陳化過程中，氨水由凝膠球表面向其內部逐漸擴散，凝膠球與氨水緩慢反應，微球均勻收縮，需要得到內外結構均勻一致的凝膠球。洗滌過程中，通過去離子水將凝膠球內部由於反應生成的硝酸銨去除，避免其在後續熱處理過程中大量分解，而引起微球開裂。因此，無論是陳化還是洗滌過程，球液都需充分接觸，均勻反應。而且由於其處理的是核材料，所使用的設備應該是滿足臨界安全要求的。
為降低球形燃料元件的生產成本，生產規模急需擴大，而陳化洗滌工序的處理量是規模化的一大瓶頸，需要達到連續操作才能滿足生產要求。專利CN202093842U中公開了一種UO2核芯陳化洗滌乾燥設備，其設備內筒形狀為扁平狀可旋轉，為批次操作，無法連續進行。專利CN103366846B公開了一種連續化的UO2核芯陳化洗滌乾燥系統，但其設備系統體積龐大，製造成本高，顆粒在陳化及洗滌過程中處於堆積狀態，球液反應的均勻性有待驗證。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
本發明要解決的技術問題是解決現有的UO2凝膠球生產設備無法達到陳化洗滌工序的連續操作，不能滿足擴大UO2凝膠球生產規模的生產要求，使陳化洗滌工序的處理量成為規模化生產的一大瓶頸的問題。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統，包括分散柱、分配器和若干個流化柱，所述分散柱每隔一段分散時間分散出一批UO2凝膠球與氨水母液的混合物料，所述分配器上設有多個分配區，所述分散柱的第一出料口與所述分配器連接，以將一批混合物料置入一個空置的所述分配區內進行UO2凝膠球的預陳化處理，所述分配器的第二出料口與所述流化柱連接，當所述分配區完成一批UO2凝膠球的預陳化處理後，將此批混合物料置入一個空置的所述流化柱中進行UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理。
其中，所述分配器的形狀為圓盤形，且所述分配器的中心設有轉軸，多個所述分配區圍繞所述轉軸均勻分布，所述分配器繞所述轉軸旋轉，旋轉一周的時間與UO2凝膠球的預陳化處理所需時間相同。
其中，壓縮空氣管道與所述分散柱的下部的壓縮空氣入口連接，以向所述分散柱內通入壓縮空氣。
其中，所述分散柱的內部在所述壓縮空氣入口的上方且在所述分散柱的橫截面上設有氣體分布板，以將通入的壓縮空氣分散，且所述氣體分布板上設有多個氣孔，所述氣孔的直徑小於UO2凝膠球的直徑。
其中，所述壓縮空氣管道上設有加熱裝置，以將壓縮空氣加熱升溫後在通入所述分散柱。
其中，還包括氨水槽，所述氨水槽分別與所述流化柱的底部的洗液出口和所述分配器的頂部的溢流口連接，以將所述流化柱中陳化處理後排出的氨水和所述分配器中預陳化處理時溢出的氨水收集；所述流化柱的底部的洗液出口還通過洗液管道與洗液收集槽連接，以將所述流化柱內洗滌處理後排出的去離子水收集。
其中，所述流化柱的頂部通過排氣管道與氨氣收集裝置連接，以將所述流化柱內陳化處理時產生的氨氣排出並收集。
其中，所述流化柱的上部設有去離子水管道，以向所述流化柱內注入洗滌處理時使用的去離子水。
其中，所述流化柱的底部的第三出料口與乾燥機連接，以將所述流化柱內洗滌處理後的UO2凝膠球排出至所述乾燥機上進行乾燥處理。
(三)有益效果
本發明的上述技術方案具有如下優點：本發明流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統的分散柱在經過一定的分散時間後分散出的一批UO2凝膠球與氨水母液的混合物料，並通過第一出料口排出到分配器上一個空置的分配，因此分配器上的每個分配區只裝有一批混合物料進行UO2凝膠球預陳化處理，當一個分配區完成UO2凝膠球的預陳化處理後，將其裝有的這批混合物料通過第二出料口排出至一個空置的流化柱中，因此每個流化柱在每次工作中只對一批混合物料進行UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理，其他分配區上的混合物料也依次被置入其他未處於工作狀態的流化柱中進行UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理，分配器的一個分配區在排出混合物料後可繼續裝入下一批混合物料，流化柱中的UO2凝膠球排出後可繼續裝入分配器上一個分配區中的混合物料，從而使本發明能夠實現陳化及洗滌處理兩個過程的連續進料、出料，使得整個工序連續化的進行。流化柱與分配器可同時進行工作，克服批次操作帶來的生產通量瓶頸，避免了生產過程中處理工作的停滯等待；設備緊湊、佔地面積小，而且設備滿足幾何臨界安全要求，適合核工業流水線式的大批量生產操作。
除了上面所描述的本發明解決的技術問題、構成的技術方案的技術特徵以及有這些技術方案的技術特徵所帶來的優點之外，本發明的其他技術特徵及這些技術特徵帶來的優點，將結合附圖作出進一步說明。
附圖說明
圖1是本發明實施例流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統的結構示意圖；
圖2是圖1中分配器的A向視圖。
圖中：1：分散柱；2：分配器；3：流化柱；4：氣體分布板；5：氨水槽；6：氨氣收集裝置；7：洗液收集槽；8：乾燥機；9：壓縮空氣管道；10：排氣管道；11：去離子水管道；12：洗液管道；21：分配區；22：轉軸。
具體實施方式
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
此外，在本發明的描述中，除非另有說明，「多個」、「多根」、「多組」的含義是兩個或兩個以上，「若干個」、「若干根」、「若干組」的含義是一個或一個以上。
如圖1和圖2所示，本發明實施例提供的流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統，包括分散柱1、分配器2和若干個流化柱3，分散柱1每隔一段分散時間分散出一批UO2凝膠球與氨水母液的混合物料，分配器2上設有多個分配區21，分散柱1的第一出料口與分配器2連接，以將一批混合物料置入一個空置的分配區21內進行UO2凝膠球的預陳化處理，分配器2的第二出料口與流化柱3連接，當分配區21完成一批UO2凝膠球的預陳化處理後，將此批混合物料置入一個空置的流化柱3中進行UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理。
本發明流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統的分散柱在經過一定的分散時間後分散出的一批UO2凝膠球與氨水母液的混合物料，並通過第一出料口排出到分配器上一個空置的分配，因此分配器上的每個分配區只裝有一批混合物料進行UO2凝膠球預陳化處理，當一個分配區完成UO2凝膠球的預陳化處理後，將其裝有的這批混合物料通過第二出料口排出至一個空置的流化柱中，因此每個流化柱在每次工作中只對一批混合物料進行UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理，其他分配區上的混合物料也依次被置入其他未處於工作狀態的流化柱中進行UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理，分配器的一個分配區在排出混合物料後可繼續裝入下一批混合物料，流化柱中的UO2凝膠球排出後可繼續裝入分配器上一個分配區中的混合物料，從而使本發明能夠實現陳化及洗滌處理兩個過程的連續進料、出料，使得整個工序連續化的進行。流化柱與分配器可同時進行工作，克服批次操作帶來的生產通量瓶頸，避免了生產過程中處理工作的停滯等待；設備緊湊、佔地面積小，而且設備滿足幾何臨界安全要求，適合核工業流水線式的大批量生產操作。
其中，如圖2所示，分配器2的形狀為圓盤形，且分配器2的中心設有轉軸22，多個分配區21圍繞轉軸22均勻分布，分配器2繞轉軸22旋轉，旋轉一周的時間與UO2凝膠球的預陳化處理所需時間相同。分配器為幾何臨界安全形狀，均分為多個分配區，分配區個數與預陳化處理時間的小時數相對應，即為每個區域內裝有分散柱分散一小時得到的凝膠球；分配器可繞其中心的轉軸緩慢旋轉，旋轉一周的時間與預陳化處理所需時間一致；每個分配區的底部可與流化柱方便對接，使其中的混合物料可全部轉移進入流化柱中。
進一步的，壓縮空氣管道9與分散柱3的下部的壓縮空氣入口連接，以向分散柱3內通入壓縮空氣。向分散柱內通入壓縮空氣，在陳化處理時，可使UO2凝膠球在氨水中保持活動狀態進行流態化處理，在洗滌處理時，可使UO2凝膠球在去離子水中保持活動狀態進行流態化處理，能夠有效避免UO2凝膠球堆積，確保UO2凝膠球與周圍液體均勻接觸，流化狀態下可以保證球液反應更加充分。
其中，分散柱3的內部在壓縮空氣入口的上方且在分散柱3的橫截面上設有氣體分布板4，以將通入的壓縮空氣分散，且氣體分布板4上設有多個氣孔，氣孔的直徑小於凝膠球的直徑。氣體分布板用於均勻分布通入流化柱的壓縮空氣，通過其氣孔形狀與氣孔分布的設計，對壓縮空氣的壓力與流量進行調整，可使UO2凝膠球在流化柱中形成流態化，微球之間無劇烈的碰撞，從而對UO2凝膠球進行流態化處理，縮短球液反應時間，進而縮短UO2凝膠球陳華處理與洗滌處理的時間，提高生產效率。氣體分布板不僅與流化柱有良好的密封連接，且可以方便的從流化柱中抽出，由於氣體分布板的孔徑小於凝膠球的直徑，UO2凝膠球在氣體分布板的上方進行球液反應，當陳化處理完成排出氨水時和洗滌處理完成排出去離子水時，UO2凝膠球可被攔截在氣體分布板的上方，保證在排淨液體的同時不漏失UO2凝膠球，當洗滌處理完成後排出需UO2凝膠球時，可將氣體分布板抽出，將UO2凝膠球放出。
具體的，壓縮空氣管道9上設有加熱裝置，以將壓縮空氣加熱升溫後在通入分散柱3。加熱裝置對壓縮空氣管道內將被通入分散柱內的壓縮空氣進行加熱，同時可保證壓縮空氣的溫度在室溫至80℃之間可調，為分散柱內的對UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理提供適宜的球液反應溫度。
進一步的，本實施例的流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統還包括氨水槽5，氨水槽5分別與流化柱3的底部的洗液出口和分配器2的頂部的溢流口連接，以將流化柱3中陳化處理後排出的氨水和分配器2中預陳化處理時溢出的氨水收集；流化柱3的底部的洗液出口還通過洗液管道12與洗液收集槽7連接，以將流化柱3內洗滌處理後排出的去離子水收集。分配器上的每個分配區的頂部均設有溢流口，在分配區內的混合物料中多餘的氨水由溢流口流出至氨水槽中，在陳化處理完成後，流化柱中混合物料中的氨水通過洗液出口流出至安水槽中，氨水槽存儲氨水，防止其揮發，保護環境，循環利用節約資源。在洗滌處理完成後，去離子水也可通過洗液出口流出至洗液收集槽進行回收處理。
具體的，流化柱3的頂部通過排氣管道10與氨氣收集裝置6連接，以將流化柱3內陳化處理時產生的氨氣排出並收集。其中，流化柱3的上部設有去離子水管道11，以向流化柱33內注入洗滌處理時使用的去離子水。其中，流化柱3的底部的第三出料口與乾燥機8連接，以將流化柱3內洗滌處理後的UO2凝膠球排出至乾燥機8上進行乾燥處理。陳化處理過程中，混合物料中的氨水容易產生氨氣，因此在流化柱頂部設置排氣管道與氨氣收集裝置連接，將氨氣排出並收集，防止氨氣汙染環境；去離子管道向流化柱內通入洗滌處理時所需的去離子水；完成洗滌處理後，UO2凝膠球可通過流化柱底部的第三出料口直接排出進入乾燥機，進行下一工序的乾燥處理。流化柱為幾何臨界安全設計，其具體個數由工藝操作時間具體確定。
使用時，前端分散得到的UO2凝膠球連同氨水母液經分散柱底部出料口一同進入到分配器的一個分配區中，多餘的氨水由該分配區頂部的溢流口流入氨水槽中，分配器緩慢旋轉，1小時後，UO2凝膠球連同氨水母液進入分配器的下一分配區中，如此凝膠球連同氨水母液連續的進入到分配器的各個分配區中，開始進行預陳化處理。
在分配器的第一個區域中的凝膠球預陳化結束後，由分配器底部的第一出料口進入到第一個流化柱中，流化柱的底部通入帶有溫度的壓縮空氣，經過氣體分布板後，使UO2凝膠球在流化柱中流化起來，進行升溫的陳化處理。其間，產生的氨氣經由流化柱的頂部的排氣管道進入氨氣回收裝置。陳化處理結束後，陳化液經流化柱2底部的洗液出口排入到氨水槽中，去離子水由流化柱頂部的去離子水管道進入到流化柱中，流化柱由底部設置的壓縮空氣管道通入帶有溫度的壓縮空氣，UO2凝膠球開始進行洗滌過程。洗滌結束後，洗液經流化柱底部的洗液出口排入到洗液收集裝置，洗滌需進行多次。洗滌結束後，可將氣體分布板抽出，UO2凝膠球由流化柱底部的出料口進入到下一乾燥工序。
分配器的第二個分配區中的凝膠球預陳化結束後進入到第二個流化柱中，以此類推，由於預陳化工藝時間大於陳化洗滌工藝時間，所以流化柱的數量可少於分配器上分配區的數量。分配器的第一個分配區旋轉一周後可繼續裝入UO2凝膠球及氨水母液，第一個流化柱中的UO2凝膠球排出後可繼續裝入分配器上一個分配區中的混合物料，從而使整個陳化洗滌工序實現連續進料、出料，使得整個工序連續化的進行。
綜上所述，本發明流化柱式二氧化鈾凝膠球陳化洗滌系統的分散柱在經過一定的分散時間後分散出的一批UO2凝膠球與氨水母液的混合物料，並通過第一出料口排出到分配器上一個空置的分配，因此分配器上的每個分配區只裝有一批混合物料進行UO2凝膠球預陳化處理，當一個分配區完成UO2凝膠球的預陳化處理後，將其裝有的這批混合物料通過第二出料口排出至一個空置的流化柱中，因此每個流化柱在每次工作中只對一批混合物料進行UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理，其他分配區上的混合物料也依次被置入其他未處於工作狀態的流化柱中進行UO2凝膠球的陳化處理和洗滌處理，分配器的一個分配區在排出混合物料後可繼續裝入下一批混合物料，流化柱中的UO2凝膠球排出後可繼續裝入分配器上一個分配區中的混合物料，從而使本發明能夠實現陳化及洗滌處理兩個過程的連續進料、出料，使得整個工序連續化的進行。流化柱與分配器可同時進行工作，克服批次操作帶來的生產通量瓶頸，避免了生產過程中處理工作的停滯等待；設備緊湊、佔地面積小，而且設備滿足幾何臨界安全要求，適合核工業流水線式的大批量生產操作。
最後應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換；而這些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的精神和範圍。