Химические реакторы в атомной промышленности

Слово реактор всегда ассоциируется с атомными электростанциями, но эти устройства в полной мере применяется для производства большинства химических элементов: аммиака, азотной, серной кислоты и прочее.

Химические реакторы что это?

Это агрегаты, в которых химикаты производят в промышленных масштабах. Они имеют разные формы и размеры от нескольких кубических сантиметров до огромных структур. Например, печи для производства извёстки могут иметь высоту более 25 метров и удерживать в любое время более 400 тонн материалов. Конструкция реактора определяется многими факторами, но особенно важными являются термодинамика и кинетика проводимых химических реакций. Два основных типа реактора называются периодическими и непрерывными.

Пакетные (периодические)

Агрегаты этой серии используются для большинства реакций, проводимых в лаборатории. Реагенты помещают в пробирку, колбу или стакан. Их смешивают вместе, часто нагревают для проведения реакции и затем охлаждают. Продукты выливают и, при необходимости, очищают. Эта процедура также проводится в промышленности, причем ключевым отличием является размер реактора и количество реагентов. Такие реакторы обычно используются, когда компания хочет производить ряд продуктов с различными реагентами и одним и тем же оборудованием.

Непрерывные реакторы

Альтернативой периодическому процессу является непрерывная подача реагентов в агрегат в одну точку, что позволяет проводить реакцию и выводить продукты в другой точке. Должен быть одинаковый расход реагентов и продуктов. Непрерывные реакторы обычно устанавливаются при производстве больших количеств химического вещества. Важно, чтобы агрегат работал в течение долгого времени без остановки. Как гласит новостной портал reactor.space, ученые нашли способ продлить работу химического реактора до 30 лет, подробнее об этом можно прочесть здесь - https://reactor.space/news/chemicalreactormaterial/.

Время пребывания в реакторе контролируется скоростью подачи реагентов в агрегат. Например, если реактор имеет объем 20 м 3, а скорость подачи реагентов составляет 40 м 3 ч -1, время пребывания составляет 20 м 3/40 м 3 ч -1 = 0,5 ч. Легко точно контролировать расход реагентов. Объем фиксирован и поэтому время процесса также хорошо контролируется.

Продукт имеет тенденцию быть более стабильным по качеству из непрерывного реактора, поскольку параметры реакции (например, время пребывания, температура и давление) лучше контролируются, чем при периодических операциях.

Они также производят меньше отходов и требуют гораздо более низкого хранения как сырья, так и продуктов, что приводит к более эффективной работе. Следовательно, капитальные затраты на тонну произведенного продукта ниже. Основным недостатком является их отсутствие гибкости, поскольку, как только реактор был построен, в редких случаях его можно использовать для проведения другой химической реакции. Такие агрегаты подразделяются на несколько типов: трубчатые, с неподвижным или псевдоожиженным слоем, CSTR.

Реактор – для чего он нужен

Агрегаты, которые позволяют осуществлять проведение определенных процессов, в замкнутом пространстве, будь то ядерные, химические принято называть реакторами. Любой из них предназначен для переработки некоторых элементов в экономически выгодную продукцию: энергия, химические элементы. Наиболее сложным и известным является ядерный реактор.

Из чего состоит ядерный реактор

Для работы всех агрегатов, работающих на мирном атоме необходимо следующее:

  • Топливо. Обычно этим элементом являются оксид уран (UO 2) который находится в виде топливных стержней. В новом реакторе с новым топливом необходим источник нейтронов, чтобы получить реакцию. Обычно это бериллий, смешанный с полонием, радием или другим альфа-эмиттером. Альфа-частицы из распада вызывают высвобождение нейтронов из бериллия, когда он превращается в углерод-12. Перезапуск реактора с использованием какого-либо используемого топлива может не потребовать этого, так как может быть достаточно нейтронов для достижения критичности при удалении управляющих стержней.

  • Модератор. Материал в сердцевине замедляет нейтроны, высвобождаемые из деления, так что они вызывают большее деление. Обычно для этого используют воду или такой элемент как графит.

  • Контрольные стержни. Они изготавливаются с использованием элементов, позволяющих поглощать нейтроны, таких как бор, гафний или кадмий. Они вставляются или выводятся из ядра для контроля скорости реакции или для его остановки. В некоторых реакторах PWR используются специальные управляющие стержни, чтобы поддерживать низкий уровень мощности эффективно.

  • Охлаждающая жидкость. Жидкость циркулирует через сердечник, чтобы переносить тепло от него. В реакторах с легкой водой водяной замедлитель функционирует также как первичный хладагент. За исключением BWR, есть контур вторичной охлаждающей жидкости, где вода становится парной. PWR имеет от двух до четырех первичных контуров хладагента с насосами, приводимыми в движение парами или электричеством.

  • Напорный сосуд или напорные трубки. Обычно это прочный стальной сосуд, содержащий сердечник реактора и замедлитель.

  • Парогенератор. Часть системы охлаждения реакторов под давлением, где первичный хладагент высокого давления, приносящий тепло из реактора, используется для приготовления пара для турбины во вторичном контуре.

  • Сдерживание. Структура вокруг реактора и связанные с ним парогенераторы, которые предназначены для защиты от вторжения и защиты от внешних воздействий от радиации в случае серьезной неисправности внутри. Это типичная бетонная и стальная конструкция толщиной в метр.

Новые российские и некоторые другие реакторы устанавливают устройства локализации расплава или «ловушки» под сосудом под давлением для улавливания любого расплавленного основного материала в случае крупной аварии.

Заключение

Постоянные изыскания, проводимые учеными, позволяют сделать работу ядерных электростанций более безопасной, а утилизацию отходов более дешёвой.




Следующее: ХРАПОВЫЙ МЕХАНИЗМ Предыдущее: ХРОНОГРАФ

Похожее: РЕАКТОРЫ ХИМИЧЕСКИЕ

ПОДЕЛИСЬ!