DE2111347A1 - Verfahren zur Rueckgewinnung von Borsaeure aus einer waessrigen Loesung und Einrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens - Google Patents

Description

WESTINGHOUSE Erlangen, 8.3.71

Wemer-von-Siemens-StraOe 50

Unser Zeichen: VPA 71/8944 Mes/M

Verfahren zur Rückgewinnung von Borsäure aus einer wässrigen Lösung und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Es wird die Priorität der US-Anmeldung Serial No. 18 550 vom II.3.7O in Anspruch genommen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur | Rückgewinnung von konzentrierte* Borsäure und reinem Wasser aus einer borsäurehaltigen wässrigen Lösung.

Druckwasserreaktoren werden normalerweise zusätzlich durch eine chemische Trimmung mit Borsäure geregelt. Die Konzentration der Borsäure im Kühlmittel muß dabei ständig geändert werden, ·. um einmal den Lastwechseln des Reaktors zu folgen und um andererseits die Reaktivitätsrückwirkungen durch den zunehmenden Abbrand des Reaktorkerns zu kompensieren. Zur kontinuierlichen Änderung der Borsäurekonzentration wird im allgemeinen ein Teil des borsäurehaltigen Kühlmittels aus dem Reaktor abgeführt, wobei dann die Borsäure aus dem Kühlmittel wieder entfernt werden muß. Falls eine Erhöhung der Boreäurekonzentration erforder- * lieh ist, kann diese dem Kühlwasser wieder zudosiert werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit der auf einfache Weise die Borsäure vollständig aus dem Kühlwasser entfernt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht dabei aus folgenden Schritten: Verdampfen der wässrigen Borsäurelösung zur Erzeugung

109840/1719

VPA 71/8944

eines Flüssigkeits-Dampf-Gemisches, Destillieren der Mischung zur Trennung von Dampf und Flüssigkeit, Abscheiden eines Teils der mitgeführten Flüssigkeit aus dem Dampf und Kondensieren des Dampfes zu einem Kondensat mit einem Gehalt von weniger als 10 ppm Bor, Bine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Destillationskolonne mit einem Verdampfer zum Verdampfen der borsäurehaltigen wässrigen Lösung und Überführung in Wasserdampf und Borsäurenebel, sowie einem Kondensator für den Wasserdampf und Feinabscheidern zum Entfernen des Borsäurenebels aus dem Wasserdampf. Dabei kann der Abscheider aus einer Mehrzahl von übereinander angeordneten, abwechselnd von den jeweils gegenüberliegenden Wandungen der Kolonne ausgehenden und sich etwa über vier Fünftel der Kolonnenbreite erstreckenden Kolonnenböden mit öffnungen zum Durchtritt der verdampften Lösung bestehen» sowie mit Abscheidematten aus gepreßten, faserigen Filzmatten zwischen dem Verdampfer, den Kolonnenböden und dem Kondensator versehen sein. Zur besseren Abtrennung des Borsäurenebels weisen die Kolonnenboden an ihren freien Enden überstehende Bleche zum Halten einer Wasserschicht auf den Böden auf. Die Feinabscheider sind dabei jeweils oberhalb jedes Kolonnenbodens angeordnet. Zusätzlich ist ein weiterer Feinabscheider unterhalb des Kondensators vorgesehen. Ferner ist an den Kondensator eine Leitung zur Rückführung eines Teils des Kondensats in die Destillationskolonne angeschlossen.

Durch diese Einrichtung wird in einem einzigen Verfahrensschritt die Borsäure aus der wässrigen Lösung entfernt, wobei man ein Kondensat mit weniger als 10 ppm Borsäure und ein Borsäurekonzentrat mit etwa 12 $> Borsäure erhält.

An Hand einer aohematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert.

Dabei zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine entsprechende Destillationskolonne,

109840/1719

- 3 '-' VPA 71/8944

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Destillaüonskolonne nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel dieser Destillationskolonne und

Fig. 4 eine Destillationskolonne in integrierter Bauweise.

Nach Fig. 1 weist die Destillationskolonne 10 einen Verdampfer 12 im unteren Bereich und einen an das Oberteil der Kolonne angeschlossenen Kondensator 14 auf. In der Destillationskolonne 10 sind im Abstand übereinander mehrere Kolonnenböden angeordnet, zwischen denen j.eweils Feuchtigkeitsabscheider in Form von Matten 20 vorgesehen sind. Eine zusätzliche Matte 22 ist oberhalb des obersten Kolonnenbodens 18 und unterhalb des Kondensators 14 angeordnet. i

Bei Betrieb der Destillationskolonne wird das borsäurehaltige Kühlwasser mit einem Anteil von 10 bis 3000 ppm Borsäure in den Verdampfer 12 durch eine Zuleitung 24 eingeführt und durch eine dampfbeheizte Rohrschlange 26 erwärmt. Der Wasserdampf und die verdampfte Borsäure steigt dann durch die Destillationskolonne 10 nach oben und passiert dabei die verschiedenen Feinabscheider 20 und die Kolonnenboden 18, bis der Restdampf im Kondensator 14 kondensiert wird, von wo aus dann das Destillat über eine Leitung 28 abläuft. Ein Teil dieses Destillats wird über eine Rückführleitung 16 in die Destillationskolonne 10 zurückgeführt, um den Dampf in den verschiedenen Kolonnenboden 18 auszuwaschen. I

Die Feinabscheider 20 sind waagerecht in der Destillationskolonne 10 derart angeordnet, daß sie dicht an die Innenwandung der Kolonne anschließen, so daß der Dampf gezwungen ist, vollständig durch die Abscheider zu strömen. Jeder Feinabscheider 20 besteht aus einer gepreßten Filsmatte aus faserigem und mehr oder weniger regellos angeordnetem Material. Dabei wird vorzugsweise rostfreie Stahlwolle oder ein ähnliches Material verwendet; in diesen Matten werden,die vom Dampf mitgeführten Borsäuretröpfchen sicher abgeschieden.

-4 -

1 0 9 8 A 0 / Ί 7 1 9

VPA 71/8944

Die Kolonnenboden 18 sind im einzelnen in Fig. 2 näher dargestellt. Sie bestehen aus siebförmigen Platten und sind mit zahl-• reichen kleinen Öffnungen versehen, durch die der Dampf von unten nach oben durchtreten kann. Dabei gehen die Kolonnenboden 18 abwechselnd von der jeweils gegenüberliegenden Wandung der Kolonne aus und erstrecken sich etwa über vier Fünftel der Kolonnenbreite, so daß jeweils am Ende ein schmaler Spalt frei bleibt. Die Kolonnenboden tragen dabei eine Schicht der zurückströmenden Lösung 32, wobei diese Lösung zwischen einem Steg an der Oberkante des freien Endes jedes Kolonnenbodens 18 und einem senkrecht angeordneten Ablaufblech 36 an der Unterkante gehalten wird. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ergeben sich durch den unterschiedlichen Druck, der durch den Druckverlust in jedem einzelnen Kolonnenboden bedingt ist, zunehmend höhere Wasserspiegel der Lösung 32 zwischen den Ablaufblechen 36 und der Innenwandung der Destillationskolonne 10. Dabei fließt jeweils ein Teil der Lösung über die Stege 34, die somit als Überlaufblech wirken, und kann in den nächstniedrigen Flüssigkeitsspiegel ablaufen.

Da der Partialdruck des Dampfes unterhalb jedes Kolonnenbodens größer ist als der Druck oberhalb jedes Bodens, strömt der Dampf durch die Öffnungen 30 jedes Bodens 18 und durch die Feinabscheider 20, wodurch zusätzlich Borsäuretröpfchen aus dem Dampf abgeschieden werden. Dabei sinkt jedoch die Borsäurekonzen tration stetig, bis im obersten Flüssigkeitsspiegel der Dampf lediglich noch eine minimale Konzentration von Borsäure enthält. Da der Dampf von dem obersten Kolonnenboden 18 noch durch den Feinabscheider 22 strömen muß, werden letzte Reste von Borsäuretröpfen aus dem Dampf abgeschieden, so daß der dann in den Kondensator gelangende Dampf weniger als 10 ppm Borsäure enthält.

Ein Teil des kondensierten Destillats wird über die Rückführungs leitung 16 in die Destillationskolonne 10 zurückgeführt. Nach Durchlauf durch die Kolonne wird die mit Borsäure angereicherte Lösung aus dem System über einen Auslaß 42 abgeführt. Dabei enthält die Lösung ungefähr 12 $ Borsäure.

- ViA 71/89*4

Ein anderes Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt, das im wesentlichen dem Beispiel nach Pig. 2 entspricht. Lediglich, die verschiedenen Kolonnenboden 44 weisen dabei oberhalb ihrer Öffnungen 46 topfförmige Kappen 48 auf, wodurch, die Verweilzeit des Dampfes in der jeweiligen Flüssigkeitsschicht erhöht wird. Auch nach diesem Ausführungsbeispiel ist in der Destillationskolonne jeweils ein Feinabscheider 20 zwischen den einzelnen Kolonnenboden 44 angeordnet.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel ist in Fig, 4 dargestellt. Dabei weist die Destillationskolonne 50 im unteren Teil 52 ebenfalls einen Verdampfer mit einem Flüssigkeitssumpf 54 für eine wässrige Borsäurelösung mit 10 bis 3000 ppm Bor auf. Über eine Rohrschlange 56, die von Dampf durchströmt ist, wird die Lösung bis oberhalb des Verdampfungspunktes aufgewärmt. Im Oberteil der Destillationskolonne 52 ist direkt der Kondensator angeordnet, der dabei aus einer Rohrschlange 58 besteht, so daß das Kondensat direkt über einen Auffangboden 60 für das Kondensat unterhalb der Rohrschlange 58 aufgefangen und über einen Kondensatauslaß 62 abgeführt wird.

Im mittleren Teil der Destillationskolonne 50 sind ebenfalls eine Mehrzahl von Siebböden 64 mit einem Steg 66 am äußeren freien Ende und einem Ablaufblech 68 auf der Unterseite angeordnet. Ein weiterer Feinabscheider 72 - ähnlich wie der Abscheider 22 nach Fig. 1 - ist oberhalb des ι oberen Bodens 64 A angeordnet. Gleichzeitig führt eine Rückführleitung 74 vom Kondensatauslaß 62 zurück in die Kolonne, um einen Teil des Destillats in die Destillationskolonne zurückzuführen. Bei diesem Ausführung^beispiel wird die angereicherte Borsäurelösung nicht direkt abgeführt, sondern die im Verdampfer enthaltene wässrige Borsäurelösung wird ständig mit zurücklaufender Borsäure angereichert, bis die gewünschte Konzentration erreicht ist und die Säure dann abgeführt werden kann.

7 Patentansprüche
4 Figuren

109840/1719

Claims (5)

VPA 71/8944 Patentansprüche

1. Verfahren zur Rückgewinnung von Borsäure aus einer wässrigen Lösung, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Verdampfen der wässrigen Borsäurelösung zur Erzeugung eines Flüssigkeits-Dampf-Gemisches,

Destillieren der Mischung zur Trennung von Dampf und Flüssigkeit,

Abscheiden eines Teils der mitgeführten Flüssigkeit aus dem Dampf und

Kondensieren des Dampfes zu einem Kondensat mit einem Gehalt von weniger als 10 ppm Bor.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Destillationskolonne (10;50) mit einem Verdampfer (12; 52) zur Verdampfung der borsäurehaltigen wässrigen Lösung und Überführung in Wasserdampf und Borsäurenebel, sowie einem Kondensator (14;58) für den Wasserdampf und Feinabscheidern (20,22;7Q,72) zum Entfernen des Borsäurenebels aus dem Wasserdampf.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abscheider aus einer Mehrzahl von übereinander angeordneten, abwechselnd von den jeweils gegenüberliegenden Wandungen der Kolonne (10,50) ausgehenden und sich über etwa vier Fünftel der Kolonnenbreite erstreckenden Kolonnenboden (I8j64) mit öffnungen (30,46) zum Durchtritt der verdampften Lösung bestehen, sowie mit Feinabscheidern (20,22;70,72) aus gepreßten, faserigen Filzmatten zwischen dem Verdampfer (12;52), den Kolonnenboden (18;64) und dem Kondensator (14;58) versehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolonnenböden (18,64) an den freien Enden überstehende Bleche (34}66) zum Halten einer Wasserschicht auf den Böden (18;64) aufweisen.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinabscheider (20;70) jeweils oberhalb jedes Kolonnenbodens (18) angeordnet sind.

— 7 —

109840/1719

- 7 - VPA 71/8944

Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Peinabscheider (22;72) unterhalb des Kondensators (14;58) angeordnet ist.

Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß an den Kondensator (14»58) eine Leitung (16;74) zur Rückführung eines Teils des Kondensats in die Destillationskolonne (10j50) angeschlossen ist.

109840/171S

L e e r s e ί t e