DE2206293A1 - Vorrichtung zum Inkontaktbringen von Feststoffen und Flüssigkeiten - Google Patents

Description

Anmelderin: United States Atomic Energy Commission Washington D₄ 0.» USA

Vorrichtung 2um Inkontaktbringen von Feststoffen und

Flüssigkeiten

Die Erfindung betri fft eine Vorrichtung zum Inkontaktbringen von Feststoffen und Flüssigkeiten mit guter Durchmischung und gesteuertem Feststofftransport, wie zum Beispiel zur selektiven Auflösung oder Aus Laugung einzelner Feststoffkomponenten, beispielsweise der Auslaugung des Kerns umhüllter Brennstifte für Kernreaktoren zur Brennstoffaufbereitung.

Abgebrannte Brennsbäbö oder Brennsbifte nun Kernreaktoren werden zur Wiedergewinnung des spaltbaren und brubfahigon Materials zweckmäs3ig aufbereiteb. Eine Reihe chemischer Aufbereitungsverfahren erforderb die Lösung des Brennabifbs, Schwierigkeiten bereitet dabei die Brennstiftumhüllung, denn sie "besteht meist aus rosbfreiem Stahl oder Zirlconleglerungen, die nur sehr schwer löslich sind. Die hierzu benötigten starken LönungRmittel greifen die Aufbereibungsanlage an, so dass

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sehr aufwendiges Material für eile mit dem Lösungsmittel in Berührung gelangenden Teile vorgesehen werden muss. Auch erzeugt¹ die Auflösung der BrennstoffUmhüllungen grössere Mengen radioaktiver Abfallösungen, deren sichere Lagerung umständlich und aufwendig ist.

Nach dem zur Behebung dieser Schwierigkeiten entwickelten sogenannten Abscher-Auslaug-Verfehren werden die Brennstifte zunächst zu kurzen Segmenten abgeschert. Darauf wird das Kernmaterial selektiv herausgelöst, ohne die Umhüllungssegmente zur Lösung zu bringen. Infolge des schwächeren Lösungsmittels genügt für die Aufbereitungsaninge als Baumaterial rostfreier Stahl. Ferner sind die Lagerkosten für radioaktiven Abfall wesentlich geringer; sie betragen meist nur 5% der Lagerkosten des bei Lösung auch der Brennstoffumhüllungen anfallenden Abfalls. Zur selektiven Lösung der Brennstoffkernspäne und des noch an den Umhüllungssegmenten anhaftenden Kernmaterials ι und zur klaren Trennung und Abscheidung von den nicht aufzulösenden Umhüllungsteilen muss zur raschen und vollständigen Lösung des Kernmaterials nicht nur eine gute Durchmischung der Peststoffe und Lösungsflüssigkeit gewährleistet sein, 3ond<?rn gleichzeitig soll auch der Feststoff transport während der Lösung möglichst geregelt und steuerbar vonstatten gehen, Hierzu geeignete Vorrichtungen stehen aber bisher noch nicht zur Verfügung, vielmehr ent-

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stehen durch nicht geregelten Feststofftrensport und vorzeitige "Abgabe von Feststoffen aus dem Mischgerät hohe Verluste an wertvollem Kernbrennstoffmaterial. Das gilt z. B. für die an sich gut mischenden Rüttelbrettmischer oder nach dem Prinzip von Betonmischern arbeitende Mischvorrichtungen. Andererseits ergeben die den Feststofftransport einigermassen steuernden Spiral- oder Schraubenmischer keine ausreichende Mischwirkung.

Demgemäss hat die Erfindung eine Vorrichtung sum Inkontaktbringen von Feststoffen und Flüssigkeiten, beispielsweise zur selektiven Auflösung oder Auslaugung einzelner Feststoffkomponenten zur Aufgabe, die sowohl eine gute Durchmischung als auch einen gesteuerten Feststofftransport bewirkt.

Anhand der Zeichnungen sei die Erfindung näher erläutert. Hierin zeigt die Figur 1 die Vorrichtung im Längsschnitt und die Figur/als Teil der Vorrichtung -in Aufsicht eine Trennwand mit einer Förderrutsche und einer Mischplatte.

Nach der günstigen Ausbildung der Vorrichtung entsprechend den Figuren 1 und 2 ist eine Trommel 1 waagerecht auf den Rollen 2 und 3 drehbar gelagert, die die Trommel gleichzeitig in vertikaler und horizontaler Richtung festlegen. Für den Antrieb der Trommel ist ein Kegelrad 4 mit der ringförmigen Endplatte 5 der Trommel gekoppelt. Der Trommelraum ist in eine

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Aufcabekammer 6 zur Einführung der Feststoffe, eine Abgabekammer 7 und dazwischen liegende, durch durchlöcherte Trennplatten 9 voneinander getrennte Kontaktkammern 8 unterteilt. Jede Trennwand 9 besitzt eine mittlere Durchlassöffnung 10 für den Peststofftransport zur jeweils nächsten Kammer (Fig. 2). In geneigte öffnungen der fest angeordneten Trommelköpfe 11 und 12 sind das Ein- und Auslassrohr 13, 1* für die Feststoffe geführt. Durch das Einlassrohr werden die zu behandelnden Feststoffe, z. B. abgescherte Brennstoffsegmente absatzweise oder kontinuierlich in die Aufgabekalnmer 6 eingeführt, während nach Durchgang durch die Trommel ungelöste feste Rückstände, insbesondere Segmente der BrennstiftumhÜllung aus der Abgabekammer 7 über das Auslassrohr 14 abgeführt werden. Die Trommelkopfe 11, 12 sind gegen die Endplatte 5 und 17 mit an Bälgen aufgehängten Kohlenstoffscheibendichtungen 15 und 16 abgedichtet.

Das flüssige Material, z. B. Lösungs- oder Spülflüesigkeit* wird günstigerweiee im Gegenstrom zum Feststofftransport am Abgabeende durch die Einlassleitung 18 in die Trommel gelei tet, und verlässt diese am Aufgabeende durch den Auslass, z, B. einen überlauf 19. Zur vollständigen Entleerung der Trommel kann in der Trommelwand ein Absugsventil oder Stöpsel angebracht sein.

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In der Aufgabekammer sind an der Trommelinnenwand mit einer leichten spiralförmigen Steigung sich radial nach innen erstreckende, durchlöcherte Leit- oder Förderplatten 20 und 21 befestigt. Die Förderplatte 20 ist so angeordnet, dass sie die Peststoffe aufnimmt und in eine Förderseil aufel 22 füllt, wenn diese ihre aufrechte, aufnahmebereite Lage einnimmt. Die aufgenommenen Peststoffe gelangen dann über die mittlere öffnung 10 der ersten Trennwand 9a in. die erste Kontaktkammer 8a. Da die Förderschaufel 22 an der ersten Trennwand 9a befestigt ist und sich mit ihr dreht, werden bei Umdrehung der Trommel 1 entgegen dem Uhrzeigersinn (vom Aufgabeende her gesehen) alle in die Aufgabekammer gegebenen Feststoffe in die erste Kontaktkammer 8a befördert.

In jeder Kontaktkammer 8 erstreckt sich über deren gesamte Länge eine geschlitzte, konusförmige, schräg verlaufende Förderrutsche 23, deren erweitertes Ende 24- konzentrisch mit dem Trommelumfang an def nach dem Abgabeende zu liegenden Trennwand befestigt ist, während das engere Ende 25 an der nach dem Aufgabeende zu liegenden Trennwand in einem Abstand zur Mittelöffnung 10 befestigt ist, damit die aus einer jeweils vorausgehenden Kammer tretenden Feststoffe nicht die Kontaktkammer überspringen und über die Förderrutsche direkt in die nächstfolgende Kammer gelangen. Die Breite des Schlitzes 26 wird so gewählt, dass die zu behandelnde Fest-

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Stoffmischung frei hindurchtreten kann; auch wird den Seiten der Förderrutsche eine für die Schwerkraftförderung der Feststoffe ausreichende Neigung; gegeben.

Die in der Figur 2 gezeigten, halbmondförmigen Mittelöffnungen 10 der Trennwände 9 sind so bemessen und eingeordnet, dass sie mit den erweiterten Enden 24 der Förderrutschen fluchten. Eine Förderplatte 27 lädt bei einer Umdrehung der Trommel im Uhrzeigersinne alle in einer Kammer befindlichen Feststoffe in die Rutsche. Diese Platte kann mit der Förderrutsche einstückig ausgebildet sein und reicht bis zur Trommelwand. Ferner sind die Förderplatten 27 zur Längsachse der Trommel um den gleichen Winkel geneigt, wie die benachbarte, bzw. anliegende Stelle der Förderrutsche. Die Platten liegen also in einer zur Förderrutschenoberfläche tangentialen Ebene. Hierdurch werden die Feststoffe in Förderrichtung sowie radial nach Innen zum erweiterten Ende der Förderrutsche transportiert, während gleichzeitig zum Mischen und Rühren bei entgegengesetzter Trommeldrehung eine gegenläufige Pumpwirkung auf das flüssige Material ausgeübt wird.

Nach bevorzugter Ausgestaltung ist in der Kontaktkammer eine achsial und radial von der Aussenfläche der Förderrutsche 23 bis zur Trommelwand reichende, durchlöcherte Mischplatte 28 in einer bei Umdrehung entgegen dem Uhrzeigersinn der Förderplatte 27 um 45° vorausgehenden Winkelstellung angeordnet.

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Hierdurch wird wahrend der Auslaugstufe eine bessere Mischung der Feststoffe erreicht, weil die Förderplatten 2? wegen ihrer Neigung an sich die Feststoffe.stärker am Aufgabeende der Kontaktkammer konzentrieren. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende:

die Mischung von Feststoffen, ζ, B. abgescherte Segmente von Brennstiftumhüllungen» wird kontinuierlich oder absatzweise über das Einlassrohr 15 in die Aufgabekammer 6 gegeben. Bei Drehung der Trommel 1 entgegen dem Uhrzeigersinn werden die in der Aufgabekammer 6 befindlichen Feststoffe von der Förderplatte 20 aufgenommen und bei jeder Umdrehung ein Teil in die Aufnahmeschaufel 22 geschüttet, worauf sie sofort durch die Öffnung 10 in der Trennwand 9a der ersten Eontaktkammer 8a transportiert werden. Im Verlaufe weiterer Umdrehungen werden die Feststoffe durch die Mischplatte 28 wiederholt durch die im unteren Teil der Kammer befindliche Flüssige keit gefahren, aus dieser herausgehoben und erneut durch diese hindurchgeführt* Gleichzeitig wird Flüssigkeit infolge der Pufipwirkung der Förderplatten 27 längs durch alle Mischkammern der Trommel geführt. Sollen die Feststoffe stromaufwärts in eine Kammer mit stärkerer Lösungswirkung und geringerer Konzentration gelöster Feststoffe transportiert werden, so wird die Drehung der Trommel entgegen dem Uhrzeigersinn unterbrochen und die Trommel gegenläufig im Uhrzeigersinne gedreht. -Djurch eine Umdrehung Werden dabei alle Feststoffe

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durch Zusammenarbeit der Förderplatten 27 und der Förderrutschen 23 ohne Mischung in den ο inn el ηen Kammern in Richtung der Abgabekammer 7 in die noch stieleρene Kammer befördert. Dieser Vorgang wird wiederhol ^, bis die Feststoffe durch alle FT^ntaktkaiirmero gewandert und die Segmente der BrennstiftumhüHunden in der Abrnbekanmer angelangt sind. Hier werden sie durch die durchlöcherten Platten 29 und JO aufgenommen und in das Ableitrohr IA- geschüttet. Die Platten 29j ?O und das in die Abgabekammer 7 reichende Ableitrohr 14 sind durchlöchert, um das Ableiten von Flüssigkeit über das Rohr 14 möglichst zu verhindern. Zum Abfangen und Abführen radioaktiver Spaltgase von verbrauchtem Kernbrennstoff kann über die Leitung Jl ein Mitnehmergas in die Trommel geleitet werden. Das Gas tritt im Ringraum zwischen dem Trommelkopf 11 und der Balgaufhängung der Scheibendichtung I^ ein, strömt zwischen Trommelkopf 11 und Endplatte 5 durch die Kammern 6, 7, 8 zwischen Trommelkopf 12 und Endplatte 17, durch den Ringraum zwischen Trommelkopf 12 und Balgaufhängung für die Scheibendichtung 16, und durch die Abgasleitung 32 in eine nicht gezeigte Falle. Durchgangsdauer für Feststoffe und Flüssigkeiten werden im Hinblick auf eine für die nach Massgobe der geometrischen und mechanischen Eigenschaften der Feststoffe optimale Lesungskonsentration und Durchflusageschwindigkeit möglichst günstige differentielle Lösung der Feststoffe eingestellt bzw. geregelt.

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Wie die Figur 1 zeigt, kann die Winkelstellung der Schlitze 26 in der Förderrutsche ?3> der Mischplatten 28 uncl der Förderplatten 27 in den einzelnen Kammern gegeneinander versetzt sein. Dadurch ergibt sich dne gleichmässigere Gewichtsverteilung in der Trommel u~d ei^p gleichnamigere Belastung des Antriebemotors, Die geepmte Winkelversetzung zwischen allen Stufen musn Jedoch auf 90° begrenzt werden, damit der Feststoffübergang aus allen Kammern in die nächste Kammer mit einer einzigen Umdrehung beendet iab. Die geschilderte Aufbereitung von Kernbrennstoffen mit der erfindungsgemässen Vorrichtung isb lediglich ein Anwendungsfall von vielen. Die Vorrichtung ißt grundsäbzlich zur Kontaktierung von Feststoffen-unl Flüssigkelten geeignet, wie beispielsweise bei der Erzaufbereitung oder Nahrung3mifctelverarbeitung u. a, m, Bei Fortfall der Löcher in den Trennwänden ist die Vorrichtung beispielsweise auch zum Mischen von Flüssigkeiten und Aufr-chiämmungen in einzelnen Abschnitten bei gesteuerter 'Pranoporbgeschwindigkeit geeignet* Ferner Ist die Vorrichtung zur Reinigung, zum Beizen, zum Spülen, Schmieren, Entgasen und anderen, Bearbeitungen von Feststoffen verwendbar,

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Claims (2)

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Inkontaktbringen von Feststoffen mit Flüssigkeiten beispielsweise zur selektiven Auflösung oder Auslaugun^ bestimmter Feststoffkomponenten, in der die festen und flüssigen Stoffe getrennt in eine waagerecht angeordnete Drehtrommel eingeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Längsachse der Trommel (1) im Abstand angeordnete, radial verlaufende Trennwände (9) mehrere Kontaktkammern (8) bilden, in denen die Feststoffe bei Umdrehung der Trommel in einer bestimmten Richtung transportierende, mit Schlitzen versehene, kegelstumpfförmige Förderrutschen (23) mit von dem Schlitz (26) zur Trommelwand reichenden Förderplatten (27) angeordnet sind, deren erweiterter Teil (24-) an der für die Feststoffe förderabwärbs gelegenen Trennwand der jeweiligen Kammer befestigt ist und mit einer Förderöffnung (10) derselben fluchbet.

2. Verrichtung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichneb, das£5 sich an den Anfang bzw. das Ende der Kammerreihe eine Aufgabekammer (6) bzw, eine Abgabekammer (7) für die Fesbsboffe anschliesst*

3. Vorriehbung gemüse Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, diisa die flüssigen Stoffe im Gegenstroai Ln das Feststoffabgabeende eingeleibeb werden (18) und am Fesbsboffaiifgabeande wisder austreten (19).

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4. Vorrichtung gemäss Ansprüchen 1-3? dadurch gekennzeichnet, dass die Förderrutschen um die Trommelachse gegeneinander im Winkel versetzt angeordnet sind.

5. Vorrichtung gemäss Ansprüchen 1 - 4·., dadurch gekennzeichnet., dass in den Kammern von der Aus senf lache der Förderrutschen achsial und radial zur Trommelinnenvfand reichende, durchlöcherte Mischplatten (28) angebracht sind.

6. Vorrichtung gemäss Ansprüchen 2-5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufgabekammer an der Trommelinnenvrand eine achsial und radial verlaufende und mit einer in die nächste Kammer reichenden Förderrutsche (22) zusammenarbeitende, durchlöcherte Förderplatte (20) für die Feststoffe angebracht ist.

7. Vorrichtung gemäss Ansprüchen 2-5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgabekammer nicht aufgelöste Feststoffe aufnehmende und in das Ableitrohr (W-) leitende Förderplatten (29i 30) angeordnet sind.

3. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 1-7» dadurch gekennzeichnet, dass die der Förderrutsche benachbarte Seite der Förderplatten (27) iia gleichen Winkel wie diese zur Trommellängsachse geneigt ist.

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9. Vorrichtung gemäss Anspruch 1 oder 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Flüssigkeitsstrom ableitendns Überlaufrohr (19) radial von der Trommelwand nach Innen um einen gewissen, stets eine Mindentflüssigkeitsmenge in der Trommel belassenden Betrag angebracht ist.

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