Схема пульсации с золотниково-распределительным механизмом (ЗРМ) (см. рисунок 1.1) обеспечивает надежное генерирование колебаний жидкости в колонне за счет периодического изменения давления воздуха в пульсационной камере, соединенной пульсопроводом с ЗРМ. ЗРМ за каждый цикл пульсации соединяет пульсационную камеру то с линией сжатого воздуха или инертного газа, то с выхлопной магистралью. Воздух от компрессора через ресивер и ЗРМ по пульсопроводу подается при прямом импульсе в пульсокамеру экстрактора и выдавливает жидкость из пульсокамеры через распределитель - гидрозатвор в экстрактор, приводя ее в поступательное движение по колонне. При обратном импульсе пульсокамера через ЗРМ соединяется с атмосферой и жидкость в колонне под действием силы тяжести совершает возвратное движение, выдавливая воздух из пульсокамеры. Частота пульсаций определяется скоростью вращения ротора ЗРМ, а амплитуда — давлением воздуха перед ним. Основными частями ЗРМ пневматического пульсатора являются вращающийся ротор - диск с окнами и неподвижное распределительное кольцо с двумя отверстиями для подачи сжатого воздуха и выхлопа газа. При совмещении окна ротора с отверстием происходит подача сжатого воздуха в пульсокамеру. Система пульсации обеспечивает частоту пульсации от 30 до 250 циклов в минуту, а амплитуду от 6 до 25 мм.
Данные для расчета
Исходные данные приведены в таблице 2.1
Таблица 2.1 – Исходные данные
| Параметр | Обозначение | Величина |
| Производительность по урану, кг/час, (кг/с) | 
| 1000 (0.278) |
Концентрация исходного раствора  по урану, г/л
| 
| |
| Концентрация урана в экстракте, г/л | 
| |
| Концентрация урана в рафинате, г/л | 
| 0.5 |
| Концентрация ТБФ, % | 20% | |
Концентрация  в исходном растворе
| 0.5М | |
Примеси  в исходном растворе
| 0.5М |
3 Материальный расчёт
Объёмный расход исходного раствора (тоже что и растворителя)
,
где - массовая производительность по металлическому урану, 
,
.
Массовый расход по уранил-нитрату
,
где 
- молекулярные массы соответствующих веществ, г/моль,
.
Массовый расход исходного раствора
,
где 
- плотность раствора, 
. Принимаем 
,
.
Массовый расход по азотной кислоте
,
где 
- концентрация азотной кислоты в исходном растворе;
- молекулярная масса азотной кислоты, г/моль,
.
Массовый расход по 
,
где - концентрация в исходном растворе;
- молекулярная масса , г/моль,
.
Объёмный расход экстрагента
.
Массовый расход экстрагента
,
где 
- плотность экстрагента, . Принимаем 
,
.
Массовый расход по уранил-нитрату в экстракте
.
Массовый расход по уранил-нитрату в рафинате
.
На основании подсчитанных материальных потоков строится таблица материального баланса
Таблица 3.1 – Таблица материального баланса
| Приход | Расход | ||||
| Статья прихода | 
| кг/с | Статья расхода |
| кг/с |
Исходный раствор:
1) 
2)
3) Растворитель:
-
- 
| 
| (1.557) 0.460 0.135 0.035 0.929 | Рафинат:
1) 
2)
3) Растворитель:
-
-
|
| (1.1)
0.135
0.035
0.929
|
| Экстрагент: 1) ТБФ, 0.2G 2) Керосин, 0.8G | 
| (3.223) 0.645 2.578 | Экстракт:
1) ТБФ
2) Керосин
3)
|
| (3.682) 0.645 2.578 0.459 |
| Итого | 
| 4.78 | Итого |
| 4.782 |
Характеристическая скорость капель
,
где 
- плотность сплошной и дисперсной фаз, 
;
- вязкость сплошной фазы, 
. Принимаем 
,
.
Объёмное соотношение фаз
.
Скорость захлёбывания
.
Рабочая скорость
.
4 Конструктивный расчёт
Площадь сечения насадочной части экстрактора
.
Диаметр насадочной части экстрактора
.
Высота массообменной зоны
.
где 
- высота, эквивалентная теоретической ступени изменения концентрации, м. Для пакетной насадки КРиМЗ обычно принимается =1 м;
- число теоретических тарелок. Определяется как число ступеней между кривой равновесия и рабочей линией экстракции, смотреть рисунок 4.1
Рисунок 4.1 – К определению числа теоретических тарелок
Из рисунка находим 
, тогда высота реакционной зоны
.
Скорость расслаивания
,
где 
- межфазное натяжение, 
. Принимаем 
;
- высота слоя капель на границе раздела фаз, м. Принимаем 
;
- диаметр капель, м. Принимаем 
,
.
Диаметр верхней отстойной зоны
.
Высота верхней отстойной зоны
.
где 
- высота расширителя заполненного сплошной фазой, мм. Принимаем 200 мм;
- слой капель на границе раздела фаз, мм. Принимаем 100 мм;
- слой отстоявшейся органической фазы, мм. Принимаем 500 мм;
- высота воздушника, мм. Принимаем 200 мм,
.
Диаметр нижней отстойной зоны допускается принимать
.
Высоту нижней отстойной зоны допускается принимать
.
Для расчёта диаметров штуцеров зададимся скоростью движения жидкостей в них 
- для сплошной среды, 
- для дисперсной фазы, тогда диаметр штуцеров подвода и отвода сплошной фазы (исходный раствор и рафинат)
.
Диаметр штуцеров подвода и отвода дисперсной фазы (экстрагент и экстракт)
.
Все диаметры округляются до стандартных значений. Таким образом, окончательно получаем:
- 
;
- 
;
- 
;
- 
;
- 
.
5 Прочностной расчёт
Выбор материала
В качестве материала выбираем коррозионно-стойкую сталь 08Х18Н10Т. Допускаемые напряжения и модуль упругости для этой стали [2] 
и 
соответственно.
5.2 Расчёт цилиндрических частей корпуса
Расчётная толщина стенки обечайки [2]
, (1)
где 
- толщина рассчитываемого элемента, мм;
- избыточное расчётное давление внутри обечайки аппарата, МПа;
- внутренний диаметр аппарата, мм. Для расчёта принимаем 
;
- расчётный коэффициент прочности продольного сварного шва, [2]. Сварочный шов выбираем стыковой с двусторонним проваром, контроль качества шва осуществлять по всей длине.
Гидростатическое давление столба жидкости внутри обечайки аппарата
,
где 
- ориентировочный удельный вес жидкости в аппарате, 
. Принимаем 0.01 ;
- высота столба жидкости в аппарате, м,
Тогда с учётом гидростатического давления
,
где 
- избыточное рабочее давление внутри обечайки аппарата без учёта гидростатического давления, МПа,
Тогда толщина стенки цилиндрической обечайки нижней отстойной зоны
Исполнительная толщина стенки [2]
, (2)
где с – суммарная прибавка толщины стенки на коррозию, неточности и округления.
Прибавку принимаем из соображения коррозионного износа, [3]
где 
- скорость коррозии, мм/год [2]
- срок эксплуатации аппарата, год. Принимаем 
;
Тогда
Исполнительная толщина обечайки нижней отстойной зоны аппарата
.
Принимаем толщины остальных элементов корпуса колонны (насадочная часть и конические переходы) 
. Так как цилиндрические части обечаек верхней отстойной зоны и насадочной части находятся в менее нагруженных условиях (меньший диаметр насадочной части и отсутствие гидростатического давления в верхней зоне) то необходимо произвести лишь проверочный расчёт конических переходов.
В качестве исходного материала цилиндрических частей обечайки выбираем стальные горячекатаные листы по ГОСТ 7350-77, размеры листов по желанию заказчика. Допуск на толщину +0.2 мм по ГОСТ 19903-74 что является удовлетворительным.
Допускаемое внутреннее избыточное давление внутри цилиндрической обечайки аппарата [2]
, (3)
Допускаемое давление больше рабочего, значит условие прочности выполнено.
5.3 Расчёт крышек
В качестве крышек выбираем стандартные отбортованные эллиптические днища по ГОСТ 6533-78 – «Днище 2000-6 ГОСТ 6533-78» [4]. Материал крышек 08Х18Н10Т.
Радиус кривизны эллиптической крышки [2]
Крышки присоединяется к обечайке при помощи фланцевых соединений, значит, коэффициент прочности сварного шва принимаем 
Допускаемое для эллиптической крышки внутренне избыточное давление [2]
,
где 
- толщина стенки крышки, мм,
Допускаемое давление больше рабочего, значит условие прочности выполнено.
5.4 Расчёт конических переходов
Материал конических переходов 08Х18Н10Т. Исполнительную толщину принимаем 
. Коэффициент прочности сварных швов принимаем .
Определим допускаемое внутреннее избыточное давление, действующее на конический переход [2]
,
где 
- толщина стенки конического перехода, мм;
- угол между осью и образующей конуса, град. Принимаем 
так как конические переходы изготавливаются на основе стандартных отбортованных конических днищ «Днище 60-2000-6 ГОСТ 12619-78» [4].
Тогда
.
Допускаемое давление больше рабочего, значит условие прочности выполнено.
Пробное давление
Пробное давление при гидравлических испытаниях аппарата [4]
,
где 
- допускаемые напряжения материала при 
, МПа. 
;
- допускаемые напряжения материала при рабочей температуре стенки, МПа. Так как рабочая температура 
,
Подбор фланцев
В качестве фланцевого соединения крышки и обечайки верхней отстойной зоны принимаем стандартные фланцы с пазом и выступом «Фланец 2-2000-0.6 08Х18Н10Т ГОСТ 28759.2-90» и «Фланец 3-2000-0.6 08Х18Н10Т ГОСТ 28759.2-90» соответственно.
В качестве фланцевого соединения обечайки насадочной центральной зоны и обечаек верхней и нижней отстойных зон принимаем стандартные фланцы с пазом и выступом «Фланец 2-1800-0.6 08Х18Н10Т ГОСТ 28759.2-90» и «Фланец 3-1800-0.6 08Х18Н10Т ГОСТ 28759.2-90» соответственно.
На рисунке 5.1 представлены эскизы фланцев
а) исполнение 2; б) исполнение 3
Рисунок 5.1 – Конструкция стандартных приварных плоских фланцев
Подбор штуцеров
На базе основных параметров стандартных фланцевых штуцеров «Штуцер 80-6-215-ВСтсп4-08Х18Н10Т» и «Фланец 80-6 ГОСТ 1255-67» [4] изготавливаются штуцера подвода и отвода сплошной среды.
На базе основных стандартных фланцевых штуцеров «Штуцер 100-6-215-ВСтсп4-08Х18Н10Т» и «Фланец 100-6 ГОСТ 1255-67» [4] изготавливаются штуцера подвода и отвода дисперсной среды, штуцер для опорожнения аппарата.
Штуцер – сдувку примем [4] «Штуцер 150-6-215-ВСтсп4-08Х18Н10Т» и «Фланец 150-6 ГОСТ 1255-67»
На базе основных параметров стандартных фланцевых штуцеров «Штуцер 150-6-215-ВСтсп4-08Х18Н10Т» [4] изготавливается пульсационное колено.
Изображение штуцеров смотреть на рисунке 5.2
Основные характеристики штуцеров сведены в таблицу 5.1
Таблица 5.1 – Основные характеристики штуцеров
| Назначение |  , мм
|  , мм
|  , мм
|  , мм
|  , МПа
|
| Подвод исходного раствора | - | 0.6 | |||
| Отвод рафината | - | 0.6 | |||
| Подвод экстрагента | 0.6 | ||||
| Отвод экстракта | - | 0.6 | |||
| Сдувка | 0.6 | ||||
| Опорожнение | - | 0.6 |
Рисунок 5.2 – Эскиз стандартного штуцера
