Создание пульсационной аппаратуры для радиохимического завода "Маяка"

Процесс экстракции состоит в смешении исходного водного раствора с органическим "несмешивающимся" экстрагентом, в который в процессе экстракции и переходит целевой металл, а также часть примесей. Растворы легко разделялись, и примеси, захваченные экстрагентом, отмывались другим водным раствором (без солей), который можно было упарить. Таким образом существенно сокращался объем сбросов.

Основной задачей нашей лаборатории после окончания изотопных работ и всех связанных с ними неприятностей стала разработка аппаратуры для цельноэкстракционной схемы радиохимического завода. Вся эта разнообразная аппаратура, в которую входили обычные реакторы (баки с мешалками), насосы, экстракторы, должна была размещаться в зоне, не допускающей обслуживания (каньоне). Между тем, для проведения любого химического процесса необходимо постоянное соприкосновение (контакт) реагентов в объеме аппаратуры, что обычно достигается установкой механических мешалок, требующих наблюдения, обслуживания и ремонта, то есть доступа к ним персонала. Кроме того, мешалки не обеспечивали равномерности контакта по высоте и особенно по сечению в больших аппаратах, из-за чего снижалась эффективность по мере увеличения их размеров (коэффициент моделирования). В результате для достижения высокой производительности процесса вместо одного-двух крупных аппаратов приходилось ставить несколько более мелких. Другой способ контактирования - пропускание воздуха через поток реагентов (барботаж) - недопустим при работе с вредными веществами, поскольку воздух уносит их частицы (аэрозоли) и загрязняет окружающую среду. Мы разработали новый способ контактирования - колебательное движение реагентов, создаваемое кратковременным (на несколько секунд) повышением, а затем сбросом давления в аппарате. Через воздуховод механизма, включающего воздуходувки, компрессоры, насосы, клапаны и устанавливаемого вне каньона, воздух подавался на поверхность небольшой части реагентов, находящихся в отводе аппарата (пульскамере). Вынос аэрозолей в этом случае был в тысячу раз меньше, чем при барботаже, так как воздух только соприкасался с поверхностью реагента, а не проходил через его объем. Излишек воздуха после сброса давления поступал в технологическую вентиляцию. Этот способ колебаний мы назвали "воздушным поршнем". Вертикальные колебания дополнялись вращательными или струйными, для чего в аппарат были встроены специальные неподвижные устройства - "насадки", изготовленные из того же материала, что и сам аппарат, и не требующие обслуживания и отдельного ремонта. Конструкция "насадок" была разной для разных аппаратов. Особенно полезными оказались насадки "КРИМЗ" для колонн (аббревиатура "КРИМЗ" " первые буквы фамилий авторов - С.М. Карпачева, Л.С. Рагинский, Л.С. Романов, В.М. Муратов, Е.И. Захаров). Это горизонтальные "тарелки" с крупными прямоугольными отверстиями, снабженные направляющими лопатками (незамкнутые турбинки); размер отверстий позволял работать не только с жидкими и газообразными реагентами, но и с твердыми частицами. Применение "КРИМЗ" вместе с "воздушным поршнем" стало очень перспективным, колебательный процесс, создаваемый ими, мы назвали пульсацией. Его начали использовать в колоннах, которые нашли почти универсальное применение для самых разных технологических процессов и систем, содержащих, кроме жидкости, твердые частицы, например, для растворения исходных твердых веществ, разделения их по фракциям, то есть крупности или плотности, а также для сорбции, ионообмена и для систем с газовой фазой. Одна такая колонна при работе реагентов в противотоке позволяла проводить сразу несколько технологических операций. Таким образом, она заменяла несколько обычных реакторов, в каждом из которых можно проводить только одну операцию. Другие типы пульс-аппаратов использовались для повышения эффективности любых операций, проводимых в аппаратах неудобной формы, например, в трубчатых теплообменниках, элетролизерах, внутрь которых нельзя ввести вращающиеся детали мешалки. Важным достижением явилось создание пульс- реактора для ядерного растворения, объем и форма которого исключала возможность образования в каком-либо месте "критической массы" вещества и возникновения цепной реакции.

Казалось бы, в развивающейся отрасли промышленности всякая новая разработка должна быть встречена с интересом, активно испытываться и внедряться. Однако с нашим "детищем" этого не произошло. Прежде всего, мы обратились с предложением о применении пульс-аппаратов на комбинат "Маяк" , который был создателем нашей первой атомной бомбы и считал себя (пожалуй, небезосновательно) корифеем в этой области. Но и корифеи стареют и перестают воспринимать новое. Поэтому на конференциях, в которых обычно принимал участие и представитель Л-12, чаще всего мой заместитель Л.С. Рагинский , а также Л.П. Хорхорина и другие, разгорались жесточайшие споры и дискуссии, что, в общем-то, было полезно для работы. Мы рассчитывали использовать пульс-колонны на установке Б-3 , строившейся на "Маяке". Однако Ленинградский проектный институт, отвечающий за радиохимию, и главный инженер проекта Я.И. Зильберман были в принципе противниками экстракционной схемы, несмотря на то, что все зарубежные заводы пользовались ею. В запроектированных ими новых цехах "Маяка" были низкие потолки, и колонны не размещались. Наша лаборатория разработала невысокие пульсационные экстракторы, для испытания которых "Маяк" предоставил помещения с весьма значительной радиоактивностью, и сотрудники Л-12 В.М. Муратов и Л.С. Рагинский более полугода работали в очень вредных условиях. Экстракторы давали хорошие результаты, но директор завода М.В. Гладышев предпочел свои, заводские пульсационные аппараты, выполненные по нашим же предложениям, но несколько видоизмененные. Мы оказались на этом предприятии персонами "нон-грата". Мы стали искать другие места для внедрения своего изобретения: много ездили по заводам и часто выступали на конференциях. На одной из них, проводимой в 1958 году на Сибирском химическом комбинате , моим докладом о перспективах разработки пульсационной аппаратуры заинтересовался директор этого комбината, доктор технических наук, Герой Социалистического Труда А.С. Леонтичук . На этой конференции обсуждался также способ захоронения в земле отходов радиохимических заводов, уже используемый за рубежом. Этот чрезвычайно важный вопрос долго дискутировался. Особенно активно возражали против подобного способа захоронения занимавшиеся этой тематикой радиохимик З.В. Ершова и ее коллега В.Ф. Раузен . Мне он тоже казался очень опасным, особенно в случае неожиданных землетрясений (такое случилось даже в Москве), но на мое замечание о возможных последствиях, был дан ответ: "Геологи гарантируют, что в этом районе Сибири подобное невозможно". После одного из заседаний конференции, поздно вечером, заместитель министра А.И. Чурин , собрав радиохимиков, неожиданно заявил без объяснения причин, что Б-3 не будет строиться ни по технологии с использованием диэтилового эфира, ни с использованием ТБФ. Таким образом, наши усилия вновь могли пропасть даром. Но мы не пали духом и стали добиваться, чтобы на действующих заводах при реконструкции или капитальном ремонте ставили наши колонны. Так, на Сибирском комбинате у нас сложились нормальные рабочие отношения с руководством, и в течение последующих десятилетий мы вместе сумели осуществить широкое внедрение пульс-аппаратуры. Начало было положено на одном из входящих в комбинат заводов. В цехе с высоким уровнем радиоактивности мы заменили реакторы имевшейся в нашем отделе "припрятанной" промышленной девятиметровой колонной. Получив положительный результат - уровень радиации стал нормальным - изготовили на Ремонтно-механическом заводе комбината колонну с производительностью, позволяющей цеху работать на полную мощность. Она успешно проработала много лет и дала заводу большой экономический эффект.

Ссылки: