Исследование процесса воздушно-плазменной конверсии гексафторида урана

Список сокращений и условных обозначений 8
Введение 12
1 Обзор литературы 14
1.1 Становление проблемы накопления гексафторида урана и технологий его конверсии 14
1.2 Гексафторид урана. Физико-химические свойства 14
1.3 Гексафторид урана в ядерном топливном цикле. Пути обращения с гексафторидом урана 16
1.4 Технологии конверсии гексафторида урана 18
1.5 Химическое обесфторивание гексафторида урана 21
1.6 Термическое разложение ГФУ 23
1.7 Радиационно-химическое восстановление ГФУ 24
1.8 Обесфторивание ГФУ в водородном пламени до тетрафторида урана 25
1.8.1 Реактор с «горячими стенками» 26
1.8.2 Реактор с «холодными стенками» 27
1.8.3. Прикладное значение реакторов с «холодными стенками» 28
1.9 Технологии конверсии ГФУ 30
1.9.1 Технологии гидролиза-пирогидролиза «»отвального ГФУ 30
2 Расчетная часть 33
2.1 Воздушно-плазменная конверсия ГФУ с дополнительной инжекцией водорода 33
2.1.1 Материальный баланс реагентов 34
2.1.2 Расчет параметров горения газовоздушных композиций 35
2.1.3 Термодинамический расчет процесса воздушно-плазменной конверсии ГФУ 37
2.1.4 Расчет энергозатрат на процесс воздушно-плазменной конверсии ГФУ 50
Выводы. 65
Заключение. 66
4 Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение 68
4.1 Предпроектный анализ 68
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования 68
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений 69
4.1.3 SWOT-анализ 72
4.2 Инициация проекта 74
4.2.1 Цели и результат проекта 74
4.2.2 Организационная структура проекта 75
4.2.3 Ограничения и допущения проекта 75
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом 75
4.3.1 Контрольные события проекта 75
4.3.2 План проекта 76
4.3.3 Бюджет научного исследования 78
4.3.3.1 Расчет материальных затрат 78
4.3.3.2 Затраты на спецоборудование 78
4.3.3.3 Затраты на оплату труда исполнителей научно-технического исследования 79
4.3.3.4 Отчисления во внебюджетные фонды 82
4.3.3.5 Накладные расходы 83
4.4 Определение ресурсной эффективности проекта 84
5 Социальная ответственность 88
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 88
5.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней опасного и вредного воздействия и устранению их влияния при работе на ПЭВМ 89
5.2.1 Организационные мероприятия 89
5.2.2 Технические мероприятия 89
5.2.3 Микроклимат 91
5.2.4 Шум и вибрация 92
5.2.6 Освещенность 93
5.2.7 Психофизиологические факторы 96
5.4 Электробезопасность 97
5.5 Пожарная и взрывная безопасность 99
5.6 Безопасность в аварийных и чрезвычайных ситуациях 101
Список используемых источников 104

Весь текст будет доступен после покупки

Актуальность. Использование ядерных энергетических установок (ЯЭУ) с реакторами, работающими на тепловых нейтронах предусматривает обогащение гексафторида урана (ГФУ) по изотопу уран-235 как один из этапов ядерного топливного цикла (ЯТЦ). Разделение изотопов неизбежно приводит к накоплению значительных количеств гексафторида, обедненного по изотопу уран-235, который является химически активным, биологически и экологически опасным веществом, долгосрочное хранение которого является сложным и затратным процессом.
Конверсия ГФУ в оксиды урана является технической задачей, решением которой занимаются многие страны, использующие атомную энергетику. Эффективное решение данной проблемы позволяет производить из ГФУ компоненты ядерного топлива, в том числе, для перспективных ЯЭУ с реакторами, работающими на быстрых нейтронах. Кроме того, продуктом конверсии ГФУ является фтористый водород, применяемый для «рецикла» фтора в ЯТЦ, а также в иных областях народного хозяйства.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Обзор литературы
1.1 Становление проблемы накопления гексафторида урана и технологий его конверсии
В разделе рассматривается вопрос производства ГФУ и путей обращения с ним. Представлен обзор и анализ существующих методов конверсии ОГФУ. Выявлены их особенности и недостатки. Показана актуальность исследования и разработки альтернативной технологии конверсии ОГФУ, разрешающей недостатки существующих методов.
1.2 Гексафторид урана. Физико-химические свойства
Гексафторид урана (ГФУ) — бинарное соединение урана со фтором (UF6), может находиться во всех трех агрегатных состояниях. Связь уран-фтор в нём носит ковалентный характер. Обладает молекулярной кристаллической решеткой. Очень ядовит.
ГФУ был открыт Руффом и Хайнцельманом в 1909 г [1]. Однако, уже в 1900 г. Муассан заметил, что фтор энергично реагирует с ураном с образованием некоего летучего соединения, но количество полученного вещества было слишком мало для его исследований. Руфф предположил существование фтористого соединения урана, аналогичного летучим фторидам молибдена и вольфрама. Ему удалось получить ГФУ путем реакции между фтором и металлическим ураном, карбидом урана и его пентафторидом.
Открытие в 1939 г. явления распада ядра урана привлекло особое внимание к ГФУ как к единственному известному устойчивому газообразному соединению урана. После этого началось бурное развитие методов производства этого летучего вещества. При нормальных условиях ГФУ представляет собой кристаллическое вещество, цвет которого может варьироваться от белого до цвета слоновой кости. ГФУ возгоняется при атмосферном давлении без плавления. Температура сублимации ГФУ при 760 мм рт.ст. составляет 56,5 ?С. При более высоких давлениях ГФУ плавится с образованием прозрачной, тяжелой и подвижной жидкости [2]. Тройная точка ГФУ составляет 1134 мм.рт.ст. и 64,05 ?С. Плотность твердого ГФУ равна 5,06 г/см3 , жидкого – 3,6 г/см3.
ГФУ является одним из наиболее химически активных соединений урана, он является сильнейшим окислителем, превосходя по своей окислительной способности даже элементный фтор. Взаимодействие гексафторида урана со слабыми восстановителями сопровождается образованием UF4:
UF6+H2>UF4+2HF (1.1)
UF6+2HCl>UF4+2HF+Cl2 (1.2)
UF6+8NH3>3NH4UF5+3NH4F+N2 (1.3)
2UF6+C>2UF4+CF4 (1.4)
Сильные восстановители восстанавливают ГФУ до металлического урана:
UF6+6Na>U+6NaF (1.5)
UF6+3Ca>U+3CaF2 (1.6)
При взаимодействии с ГФУ коррозии подвержено большинство металлов. Даже золото и платина устойчивы лишь при комнатной температуре. При повышенной температуре происходит потускнение их поверхности. Поэтому при работе с ГФУ необходимо проводить предварительную пассивацию трубопроводов и аппаратов для образования защитной фторной пленки. Наибольшей стойкостью к действию ГФУ обладают медь, алюминий и никель, а также сплавы на их основе (монель, инконель) [2].

Весь текст будет доступен после покупки

1. Дж. Кац, Е. Рабинович. Химия урана. – Москва: Издательство иностранной литературы, 1954.
2. А.А. Маслов, Г.В. Каляцкая, Г.Н. Амелина, А.Ю. Водянкин, Н.Б. Егоров. Технология урана.: Учебное пособие. – Томск: Издательство томского политехнического университета, 2007.
3. Ruff O., Heinzelmann A.: Zeitschrift fur anorganische und allgemeine Chemie, 1911.
4. Abelson P. Report A-58. Journal of Research of the National Bureau of Standards.
5. Brown H.S. Report CC-408. – MP Chicago, 1943.
6. Fowler R.D. The preparation of uranium hexafluoride from oxides. – National nuclear energy series., Division VIII, vol. 6.
7. Иванов В. Б. Научно-технические проблемы ядерного топливного цикла // Сб. докладов первой научной конференции Минатома России «Ядерный топливный цикл» (Москва, июнь 2000 г.). С. 3-16.
8. Линдхольм И. Обеднённый уран из обогащенного — ценный источник или отвал, подлежащий захоронению? Семинар по урановому топливу, МАГАТЭ, Вена, 1998.
9. Орехов В. Т., Власов А. А., Козлова Е.И. и др. Современные методы обращения с отвалами обеднённого UF6 // Сб. докладов на 5-й Всероссийской (международной) научной конференции «Физико-химические процессы при селекции атомов и молекул». — Звенигород: ЦНИИАТОМИНФОРМ, 2000. С. 25.

Весь текст будет доступен после покупки