CC BY
27
УДК 621.039.75
А.О. Меркушкин, А.В. Обручиков
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УВЛАЖНЕНИЯ ИОДНОГО СОРБЕНТА ПРИ ЕГО ИСПЫТАНИИ
В работе предложен метод предварительного увлажнения гранулированного угольного иодного сорбента при его испытании. Метод основан на насыщении угля водяными парами в статических условиях в герметичном боксе. Показано, что при таком способе предкондиционирования значительно сокращаются временные затраты на испытание серии сорбентов из 4-х образцов и более.
This paper presents the method for pre-humidifying a granulated charcoal iodine sorbent at its testing. Method is based on the saturation of sorbent by water vapor at static conditions in a hermetic chamber. It was shown that this way of pre-humidifying allows to significantly reduce time required for testing of sorbent with four or more samples in series.
Присутствие водяных паров в очищаемых воздушных потоках рабочих помещений АЭС в значительной степени сказывается на работе угольного адсорбера и надежности локализации радиоиода в сорбенте [1]. Влажность оказывает влияние на эффективность сорбции метилиодида при значениях выше 50%, а существенное снижение улавливания наблюдается при влажности выше 70%, когда начинает происходить капиллярная конденсация в микропорах сорбента [2].
Было показано, что при изучении качества иодных сорбентов [3, 4] необходимо осуществлять их предварительное увлажнение (предкондиционирование) с тем, чтобы исключить влияние теплоты адсорбции воды на сорбцию метилиодида. На этом основании была разработана методика испытания гранулированных иодных сорбентов на контрольно-исследовательском иодном стенде РХТУ им. Д.И. Менделеева [5].
Целью настоящей работы являлся выбор оптимальных условий предкондицио-нирования иодного сорбента для более рационального использования времени работы стенда и трудозатрат оператора установки. В качестве исследуемого материала были использованы образцы промышленного сорбента СКТ-3И на основе гранулированного активированного угля, содержащего 2% ТЭДА.
Одну часть угля помещали в секционированную колонку, которую подключали к иодному стенду. Через сорбент пропускали паровоздушную смесь с относительной влажностью 90±2% при температуре 30 оС. Скорость газового потока была выбрана так, чтобы время контакта его с объемом сорбента составляла 0,25 с. Другая часть СКТ-3И была помещена в герметичный бокс объемом 0,5 м3 с принудительной циркуляцией воздуха, в котором поддерживалась относительная влажность 93±2% при комнатной температуре. Сорбент помещали пластиковый поддон, толщина слоя сорбента составляла 0,7 см.
Таким образом, основной задачей исследования являлось изучение кинетики накопления влаги в активированном угле в первом и втором случае с дальнейшим сравнением сорбционной способности увлажнённых образцов СКТ-3И.
На рисунке 1 показана кривая зависимости массы воды, поглощённой углём, от времени пропускания газового потока через колонку. Оптимальное время предконди-ционирования угля составляет 15-16 часов, что хорошо согласуется со стандартными методиками испытания [5, 6].
Кинетика накопления влаги в угле в статических условиях, представлена на рисунке 2. Экспериментальные данные указывают на необходимость увлажнения сорбента таким способом в течение не менее 2-х суток.
Дальнейшее исследование показало, что независимо от способа предварительного увлажнения сорбционная способность образцов СКТ-3И остается одинаковой (табл. 1). Оценку качества иодных сорбентов проводили в соответствии со стандартной методикой [4]. Средние значения индексов сорбционной способности, рассчитанные исходя из экспериментальных данных о распределении радиоактивного метилиодида вдоль слоя сорбента, отличаются друг от друга на 6%, что говорит о воспроизводимости результатов эксперимента.
Несмотря на то, что в статических условиях увлажнение сорбента происходит существенно медленнее, чем в кинетических, габаритные размеры бокса позволяют размещать в нем до 20 образцов одновременно. С учетом времени подачи радиоиода на сорбент при их серийных испытаниях можно значительно сократить временные затраты оператора установки (табл. 2).
Табл. 1. Сорбционная способность образцов СКТ-3И
№ секции Распределение активности CH3131I вдоль слоя сорбента, имп/с
Увлажнен в колонке Увлажнен в боксе
1 33159 24368
2 6959 5249
3 1487 1166
4 435 413
5 126 127
Проскок, имп/с 42 49
Индекс а, с-1 66,4±3,1 62,4±2,8
Табл. 2. Временные затраты на испытание иодных сорбентов
Время испытания с учетом предвари-
Количество тельного увлажнения, ч
образцов Увлажнение в ко- Увлажнение в
лонке боксе
1 19 53
2 38 56
3 57 59
4 76 62
5 95 65
6 114 68
7 133 71
8 152 74
Таким образом, при серийных испытаниях (начиная с 4-х образцов) гранулированного йодного сорбента целесообразно использовать оптимизированную методику предварительного увлажнения - в статических условиях в герметичном боксе.
Библиографический список
1. Kovach, J. L. Parametric Studies of Radioiodine, Hydrogen Iodide, and Methyl Iodide Removal // Proc. of 22nd DOE/NRC Air Cleaning Conf. Report NUREG/CP-0130, CONF-9020823.1992. P.646-660.
2. Peterson G. W., Rossin J. A., Smith P. B., Wagner G. W. Effects of Water on the Removal of Methyl Bromide Using Triethylene Diamine Impregnated Carbon // Carbon. January 2010. Vol. 48. Issue 1. P. 81 - 88.
3. Deuber H., Gerlach K., Kaempffer R. Investigations on the Ageing of Activated Carbons in the Exhaust Air of a Pressurized Water Reactor (PWR 4) / IAEA-TECDOC-521, Vienna. 1989. P. 63 - 74.
4. Deitz V. R., Blachly C. H. New Charcoal Impregnants for Trapping Methyl Iodide // Proceedings of 14th U.S. ERDA Air Cleaning Conference. 1976. P. 217 - 232.
5. ГОСТ Р 54443-2011 Сорбенты иодные для атомных электростанций. Метод определения индекса сорбционной способности. 21 с.
6. D3803-91(2009) Standard Test Method for Nuclear Grade Activated Carbon, - ASTM International. 2009. 18 p.
