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P R E M I E R M I N I S T R E C E A - R 2 7 6 1 COMMISSARIAT A L'ËNERGIE ATOMIQ

P R E M I E R M I N I S T R E C E A - R 2 7 6 1 COMMISSARIAT A L'ËNERGIE ATOMIQUE INSTALLATIONS SOUS-CRITIQUES ^EVAPORATION CONTINUE JUSQU'A 200 LITRES-HEURE Description et résultats expérimentaux par Pierre AUCHAPT, Georges C. BOUZOU, Roger R. SAUTRAY et Max C. JACQUOTTE R a p p o r t C E A - R 2 7 6 1 1965 CENTRE DE PRODUCTION Fà DE PLUTONIUM DE MARCOULE CEA-R 2761 - AUCHAPT Pierre, BOUZOU Georges, SAUTRAY Roger, JACQUOTTE Max INSTALLATIONS SOUS-CRITIQUES D'EVAPORATION CONTINUE JUSQU'A 200 LITRES/HEURE - DESCRIPTION ET RESULTATS EXPERIMENTAUX Sommaire. - Dans ce rapport, on trouvera la description technologique détaillée et les résultats obtenus au cours des essais, de deux installations d'évaporation en continu., l'une de 16 l/h, l'autre de 65 l/h. Ce s. installations sont sous-critiques avec des facteurs de multiplication (keff) en réflexion totale de 0,73 et 0,77. Un troisième évaporateur, de 200 l/h, également sous-critique (ke££ = 0,90), est donné comme cas limite réalisable. On trouvera aussi la description de dispositifs simples, sans régulateur, permettant de garder un niveau constant dans un séparateur extra-plat, ce qui permet une marche sans surveillance, en toute sécurité, à tous les facteurs de concentration. Les caractéristiques thermiques non poussées et les principes de fonc- tionnement simples, sont une garantie certaine pour l'exploitation en milieu a et 7. 1965 Couiinissariat à l'Energie Atomique - France 70 p. CEA-R 2761 - ÂÙCHAPT Pierre, BOUZOU Georges, SUATRAY Roger, JACQUOTTE Max SUB-CRITICAL INSTALLATIONS FOR CONTINUOUS EVAPORATIONS OF UP TO 200 LITRES/HOUR - DESCRIPTION AND EXPERIMENTAL RESULTS Summary. - In this report are given a detailed technological description and the test re.sults obtained with two continuous evaporation units, one of 16 l/hr, the other of 65 l/hr. These installations are sub-critical with multiplication factors (keff) for total reflection of 0. 73 and 0. 77. A third evaporator of 200 litres, also sub-critical (keff = 0.90), is given as the limiting possible case. A description is- also given of simple devices without regulator for maintaining a constant level in an extra fl, separator thus making it possible to operate without supervision in perft .t safety at any concentra- tion factor. The liberal thermal characteristics and the simple operational principles constitute a sure guarantee for operation in a and 7 conditions. 1965 70 P. Commissariat à l'Energie Atomique - France . Les rapports du COMMISSARIAT A VÉNERGIE ATOMIQUE sont, à partir du n° 2200, en vente à la Documentation Française, Secrétariat Général du Gouvernement, Direction de la Documentation, 16, rue Lord Byron, PARIS-8e. The CE. A. reports starting tvith n°2200 are available at the Documentation Française, Secrétariat Général du Gouvernement, Direction de la Documentation, 16, rue Lord Byron, PARIS-8*. - Rapport CEA-R 2 761 - Centre de Production de Plutonium de Marc ouïe Services d'Extraction du Plutonium Section Génie Chimique Industriel INSTALLATIONS SOUS-CRITIQUE S D'EVAPORATION CONTINUE JUSQU'A 200 LITRES/HEURE Description et résultats expérimentaux par Pierre AUCHAPT, Georges C. BOUZOU, Roger R, SAUTRAY, Max C. JACQUOTTE r Février 1965 - TABLE des MATIERES CHAPITRE I -* PRINCIPES GENERAUX DES INSTALLATIONS D'EVAPORATION CONTINUES ET SOUS-CRITIQUES I - Principe de fonctionnement A Evaporateur du type à "grimpagè " B Circulation des fluides II - Mode de chauffage A Thermoplongeurs B Puissance de chauffe C Alimentation électrique III - Conception des appareils A Ensemble evaporateur B Autres appareils IV - Caractéristiques de fonctionnement A Facteur de concentration B Débit d'alimentation C Rendement Thermique D Caractéristiques thermiques V - Sécurité d'exploitation - Contrôle Pages 1 1 2 3 4 4 5 6 7 8 9 10 13 CHAPITRE II - EVAPORATEUR DE 12 kW - DESCRIPTION ET RESULTATS EXPERIMENTAUX I - Description de l'installation A Schéma de principe et de circulation des fluides B Descriptions technologiques C Encombrement et dimensions de l'appareillage 16 16 16 16 21 CHAPITRE II - (Suite) II - Résultats expérimentaux A Facteurs de décontamination obtenus B Caractéristiques de fonctionnement C Tenue du matériel III - Criticité Pages 21 21 23 24 24 CHAPITRE III - EVAPORATEUR DE 48 kW - DESCRIPTION ET RESULTATS EXPERIMENTAUX I - Description de l'installation A Schéma de principe et de circulation des fluides B Descriptions technologiques C Encombrement, et dimensions de l'appareillage II - Résultats expérimentaux A Facteurs de décontamination obtenus B Caractéristiques de fonctionnement C Essais de stabilité de fonctionnement D Essais du condenseur III - Criticité 25 25 25 25 29 33 33 36 36 37 39 CHAPITRE IV - EVAPORATEUR DE 144 kW - DESCRIPTION SOMMAIRE 41 I ' - Description technologique sommaire de l'évaporateur 41 II - Criticité 41 CHAPITRE V - FONCTIONNEMENT DES EVAPORATEURS SOUS-CRITIQUES A TOUS LES FACTEURS DE CONCENTRATION 43 I - Introduction 43 II - Fonctionnement à faibles facteurs de concentration 44 A Description 44 B Limites d'utilisation 44 C Conclusions, 46 CHAPITRE V - (Suite) Pages III - Fonctionnement à facteurs de concentrations élevés 47 A Alimentation par un trop-plein 47 B Régulation du niveau par recyclage de distillât 52 C Régulation du niveau par appoint d'eau 60 IV - Conclusions générales du Chapitre V 62 Annexe - Tableau des volumes 63 LISTE DES TABLEAUX ET FIGURES Pages CHAPITRE I - PRINCIPES GENERAUX DES INSTALLATIONS D'EVAPORATION CONTINUES ET SOUS-CRITIQUES Tableau 1 : 11 Calcul du rendement thermique de 1'évaporateur de 48 kW Tableau 2 ; 12 Caractéristiques thermiques Figure 1 : 15 Valeur du coefficient de débit k en fonction du facteur de concentration F CHAPITRE II - EVAPORATEUR DE 12 kW - DESCRIPTION ET RESULTATS EXPERIMENTAUX Figure 2 : 17 Schéma de principe et de circulation des fluides Figure 3 : 19 Elément chauffant Figure 4 : 22 Encombrement et dimensions de l'appareillage Tableau 3 : 23 Facteurs de décontamination obtenus - Essais avec cyclone CHAPITRE III - EVAPORATEUR DE 48 kW - DESCRIPTION ET RESULTATS EXPERIMENTAUX Figure 5 : 26 Schéma de principe et de circulation des fluides Figure 6 : 28 Elément chauffant Figure 7 : Dévésiculeur à toiles métalliques 30 Figure 8 : 31 Condenseur - réfrigérant CHAPITRE III - ( Suite ) Pages Figure 9 : 32 Encombrement et dimensions de l'appareillage Tableau 4 : 33 Facteurs de décontamination obtenus - Essais sans séparateur secondaire Tableau 5 : . 34 Facteurs de décontamination obtenus - Essais avec cyclone Tableau 6 : 35 Facteurs de décontamination obtenus - Essais avec le dévésiculeur à toiles métalliques Tableau 7 : 38 Essais du condenseur-réfrigérant - Détermination de la température du distillât liquide Tableau 8 : 38 Essais du condenseur-réfrigérant - Détermination de la capacité maximale Photo n°l : 40 Evaporateur de 48 kW - Vue d'ensemble CHAPITRE IV - EVAPORATEUR DE 144 kW - DESCRIPTION SOMMAIRE Figure 10 : ' 42 Encombrement et dimensions CHAPITRE V - FONCTIONNEMENT DES EVAPORATEURS SOUS-CRITIQUES A TOUS LES FACTEURS DE CONCENTRATIONS Figure 11 : . 45 Régulation du niveau par la sortie de concentrât (dispositif n° 1) Figure 12 : 48 Régulation du niveau à l'aide d'un trop-plein sur le pot d'alimentation (dispositif n°2) Tableau 9 : 49 Différence de niveaux entre le pot d'alimentation et le séparateur CHAPITRE V - (Suite) Pages Figure 13 : 51 hontée en concentration dans l1évaporateur. Résultats expéx Figure 14 : 53 Régulateur du niveau par recyclage de distillât (dispositif nc 3) Figure 15 : 53 Dispositif n° 3 : variantes 1 et 2 Figure 16 : 55 Diagramme d'enregistrement Tableau 10 : 56 Résultats des essais effectués avec des débits de recyclage variables Figure 17 : 61 Régulation du niveau par appoint d'eau dans un pot de passage à l'aide d'un trop-plein INSTALLATIONS SOUS-CRITIQUES D'EVAPORATION CONTINUE JUSQU'A 200 LITRES/HEURE Description et Résultats expérimentaux Dans ce rapport, nous décrivons dans le détail deux installations d1evaporation en continu, l'une de 16 1/h, ,1'autre de 65 1/h, chauffées par thermoplongeurs. Ces deux installations ont fait l'objet d'essais complets et poussés, relatés en totalité dans les chapitres respectifs. Un troisième évaporateur, pouvant évaporer à 200 l/hy est décrit comme cas limite réalisable avec la même conception technologique. II est donc possible, à partir de ces données, de réaliser n'im- porte quelle installation par palier de 16 1/h (12 kur), jusqu'à 200 1/h (144 kV7), avec : - l'encombrement minimum, - le minimum de liquide dans l'appareil. Ces installations sont absolument sous-critiques et peuvent être utilisées en milieu Y, bien qu'elles aient été primitivement conçues pour fonctionner en boîte à gants. Destinées à marcher en continu, elles offrent, par leur construc- tion, le maximum de sécurité d'exploitation. En effet, il n'y a aucune régu- lation, le niveau dans 1'évaporateur étant tenu par trop plein. Cette question de tenue du niveau a fait l'objet d'une étude particulière dont les résultats sont donnés dans le chapitre V. Plusieurs dispositifs peuvent être installés, chacun d'eux ne met en jeu que les lois de l'équilibre des fluides et ne nécessite aucun régulateur. Le seul problè- me délicat réside dans la montée en concentration où les différents niveaux évoluent constamment en fonction dès densités. Mais, ce problème serait ri- goureusement le même avec une chaîne de régulation équipée uploads/s3/ evaporateur-grimpage.pdf