Дистилляция является наиболее старым и до появления ионного обмена единственным способом очистки от растворимых солей. Примером дистилляции может служить круговорот воды в природе — испарение воды морей и океанов с последующим выпадением осадков в виде дождя, снега или росы.
В практике обработки воды дистилляцию проводят, испаряя воду в дистилляторах (испарителях, выпарных аппаратах), с последующей конденсацией пара в охладителях (конденсаторах).
Очистка воды основана на весьма малой растворимости примесей в паре. Переход вещества из кипящей воды в пар рассмотрен в § 4.1; он снижается с уменьшением давления пара и при значениях, принятых в практике обработки воды, может не учитываться.
Загрязнение пара за счет капельного уноса зависит от размера капель, образующихся при кипении воды, и содержания в них примесей. Так как содержание примесей в воде, обрабатываемой методом дистилляции на АЭС, велико, капельный унос приобретает основное значение. Загрязнение пара вследствие капельного уноса описывается уравнением
(10.3) где
—содержание примесей соответственно в паре и кипящей воде; ω — коэффициент механического уноса (влажность пара).
Механизм образования капель при всплывании пузыря пара можно иллюстрировать на схеме (рис. 10.1): жидкая пленка оболочки всплывшего пузыря постепенно утоняется в верхней части, в результате чего здесь происходит разрыв. Остатки жидкой пленки стягиваются к нижней точке пузыря и образуют кольцевую волну. При этом возникают всплески и выброс жидкости в виде капель разного размера.
Если капли достаточно крупны (это бывает при кипении чистой воды), они поднимаются на небольшую высоту и падают обратно. Унос таких капель относительно мал. При наличии в воде загрязняющих веществ, способствующих упрочнению жидкой пленки, разрушение пузыря происходит при значительном ее утонении. При этом одновременно возникает несколько разрывов и отдельные части пленки в виде мельчайших капель могут уноситься паром.
Высота подъема капли будет неограниченно большой, когда капля из-за своего малого размера перейдет в режим витания. Если скорость пара больше скорости витания, капля будет унесена потоком пара, если меньше скорости витания — упадет обратно. На практике при атмосферном давлении и скорости пара около 0,4 м/с уносятся капли диаметром менее 0,1 мм.
Рис. 10.2. Баланс примесей в выпарном аппарате с промывкой пара
Скорость витания капли тем больше, чем больше ее размер; с ростом давления скорость уменьшается. Поэтому выпарные аппараты в схемах обработок радиоактивных вод работают при низком давлении, не превышающем 0,5 МПа.
Скорость витания капли тем больше, чем больше ее размер; с ростом давления скорость уменьшается. Поэтому выпарные аппараты в схемах обработок радиоактивных вод работают при низком давлении, не превышающем 0,5 МПа.
Скорость витания капли тем больше, чем больше ее размер; с ростом давления скорость уменьшается. Поэтому выпарные аппараты в схемах обработок радиоактивных вод работают при низком давлении, не превышающем 0,5 МПа.
На размер капель помимо общего солесодержания оказывают влияние присутствие в воде поверхностно-активных веществ и кратность циркуляции пароводяной смеси. С целью снижения влияния капельного уноса на чистоту дистиллята применяют сепарацию пара, промывку его частью дистиллята, снижение концентрации примесей в испаряемой воде увеличением продувки, уменьшение кратности циркуляции и другие способы (см. § 12.7).
Так как снижение влажности пара представляет собой достаточно трудную техническую задачу, на практике прибегают к промывке пара чистой водой. При промывке пар барботирует в виде мелких пузырьков через слой промывочной воды (флегмы) и оставляет в ней большую часть примесей. При последующем отделении пара от воды происходит унос паром уже капелек промывочной воды, содержание примесей в которой намного меньше. Для более эффективной промывки пара, в частности при переработке радиоактивных вод, используют двухступенчатую промывку, при этом флегма перетекает со второй ступени промывки на первую. Это дает возможность получить высокий коэффициент очистки.
Баланс примесей в выпарном аппарате с промывкой пара частью дистиллята приведен на рис. 10.2.
Дистилляция — один из наиболее эффективных способов обработки радиоактивных вод, дающий наибольший коэффициент очистки и не требующий затраты реагентов. При обработке воды с использованием дистилляции объем жидких радиоактивных отходов минимален по сравнению с объемом при обработке другими способами, что делает дистилляцию выгодной для окончательной переработки жидких отходов перед их захоронением.
В то же время дистилляция не является полностью универсальным способом очистки радиоактивных вод, так как содержащиеся в воде радионуклиды йода, а также радио- активные благородные газы в процессе выпаривания. Дистилляция радиоактивных вод, содержащих поверхностно-активные вещества, также представляет трудности вследствие вспенивания концентрата и попадания высокоактивной пены в дистиллят.
К недостаткам следует отнести также сложность и высокую стоимость оборудования. Несмотря на это, благодаря высокому коэффициенту очистки и малому объему отходов дистилляция находит широкое применение на АЭС.
