DE2353233B2 - Anlage zur Flüssig-Flüssig-Exlraktion radioaktiver Substanzen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Flüssig-Flüssig-Extraktion radioaktiver Substanzen in wäßriger Lösung mit Extraktions- oder Waschmitteln, die eine gasgepuiste Mischkammer für die zu vermischenden Kornponenten und einen der Mischkammer nachgeschalteten Abscheidebehälter aufweist, wobei mindestens eine an eine Gaspumpe angeschlossene und mit ihrem freien Ende unmittelbar in die Lösung der Mischkammer eintauchende Pulsgasleitung vorgesehen ist und wobei Mischkammer, Abscheidebehälter und Gaspumpe gemeinsam von einem Strahlungsschutzschirm umgeben sind.

Anlagen dieser Art werden insbesondere bei der Wiederaufarbeitung von Brenn- und/oder Brutstoffele- ⁶S menten für Kernreaktoren zur Abtrennung des Urans und/oder Plutoniums aus den noch strahlungsaktiven Brenn- und/oder Brutstoffen eingesetzt. Wegen der Strahlungsaktivität der wiederaufzuarbeitenden Materialien müssen sämtliche mit den Materialien in Berührung kommende Apparate der Anlage, wie Mischkammer, Abscheidebehälter und Pumpen in strahlungsgesicherten Räumen untergebracht sein. Die Apparate werden deshalb von einem geschlossenem, meist aus Beton bestehenden. Strahlungsschutzschirm umgeben und fernbedient betrieben.

Mit besonderen Schwierigkeiten sind daher stets Wartungsarbehen und Reparaturen verbunden, die an der Anlage innerhalb des Strahlungsschutzschirms vorgenommen werden müssen. Zu den störanfälligsten Aggregaten zählen vor allem die mechanischen Mischer in den Mischkammern, wie sie z. B. als Blatt-, Propelleroder Turbinenrührer aus der DT-AS 12 88 561 sowie den Veröffentlichungen »Chemical Engineering Progress«, Bd. 50, Nr. 8 (1954), S. 403 bis 408 und »Kerntechnik«, 9. Jahrgang, Heft 6 (1967), S. 238 bis 242 bekannt sind. Beim Einsatz solcher Mischer muß stets für einen leichten Zugang zu den Antriebsaggregaten gesorgt ?ein, was aber wegen des notwendigen Strahlungsschutzes mit erheblichem baulichen Aufwand verbunden ist

Eine Verbesserung konnte teilweise dadurch erreicht werden daß statt Mischkammern mit mechanischen Mirt ern luftgepulste Mischkammern eingesetzt wurden. Es ist bekannt mehrere in die Lösung der Mischkammer eintauchende Pulsgasleitungen über ein zwischengeschaltetes Magnetventil an eine Vakuumpumpe anzuschließen. Die Mischung der Komponenten in der Mischkammer erfolgt in der Weise, daß durch ständiges öffnen und Schließen des Magnetventils im Wechsel ein Anheben und Absenken der Flüssigkeitssäule in den Pulsgasleitungen bewirkt wird. Aber auch bei dieser Anlage müssen elektrisch angetriebene und mechanisch bewegte Teile, die die Störanfälligkeit der Anlage negativ beeinflussen, innerhalb des Strahlungsschutzschirmes eingesetzt werden.

Zur Vermeidung von beweglichen Teilchen innerhalb des Strahlungsschutzschirmes wird deshalb nach einer Veröffnentlichung von J. T. Long, »Engineering for Nuclear Fuel Reprocessing«, Gordon and Breach Science Publishers Inc. New York (1967), S. 608 bis 613, vorgeschlagen, die Mischwirkung in den Mischkammern durch von außen in die Lösung eingeblasene Druckluft zu erzielen. Der Vorteil dieses Mischverfahrens, der darin besteht, daß innerhalb des Strahlungsschutzschirms auf mechanisch bewegte Teile verzichtet werden kann, wird mit einem erheblichen Nachteil erkauft. Beim Durchleiten der Druckluft durch die radioaktive Lösung entstehen radioaktive Gase, deren Dekontamination insbesondere wegen der für den Mischvorgang in großen Mengen benötigten Druckluft erhebliche Schwierigkeiten bereitet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei Anlagen zur FIüssig-Flüssig-Extraktion Betriebsstörungen weitgehend zu vermeiden, ohne dabei die oben geschilderten Nachteile beim Durchblasen von Druckluft in Kauf nehmen zu müssen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anlage mit gasgepulster Mischkammer dadurch gelöst, daß als Gaspumpe eine einen Ansaugraum und eine Treibgasleitung aufweisende Gasstrahlpumpe eingesetzt ist, wobei die Pulsgasleitung in den Ansaugraum der Gasstrahlpumpe mündet und die Treibgasleitung über ein außerhalb des Strahlungsschutzschirmes angebrachtes, regelbares Absperrventil an eine Druckgasleitung angeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Anlage weist vorteilhafter-

weise weder elektrisch angetriebene noch mechanisch bewegte Teile auf. Die Störanfälligkeit der Anlage ist damit erheblich vermindert.

Es ist zwar zur Verhinderung von Schlammbildung in Lagertanks bekannt, die unteren FJüssigkeitsschichten im Tank mit Hilfe von Membranpumpen, an die in den Innenraum des Tanks geführte Tauchrohre angeschiossen sind, zu bewegen (DT-OS 21 49 425). Die für die Flüssig-Flüssig-Extraktion notwendige Durchwirbelung der Substanzen läßt sich mn einer derartigen Apparatür aber nicht erreichen.

Bei der erfindungsgemäßen Anlage sind mit dem Einbau des Absperrventils in die Treibstrahlleitung außerhalb des strahlungsgefährdeten Raumes zweierlei Vorteile verbunden. Einerseits sind Wartungsarbeiten und etwaige Reparaturen ohne besondere Strahlungsschutzmaßnahmen durchführbar und andererseits lassen sich einfache, handelsübliche Abspet/ventile einsetzen, die nicht durch Verwendung besonderer Werkstoffe gegen Zerstörung durch radioaktive Bestrahlung geschützt sind. Des weiteren ist es vorteilhaft, daß das für die Erzeugung des Mischvorganges notwendige Treibgas nicht mit der radioaktiven Lösung selbst in Berührung kommt Die benötigten Treibgasmengen sind auf das äußerste reduziert. Es wird nur so viel Treibgas in den strahlungsaktiven Raum eingeblasen, wie zur Hebung der Flüssigkeitssäule in der Pulsgasleitung unbedingt erforderlich ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß in die Pulsgasleitung ein Druckgasrohr mündet, das über ein außerhalb des Strahlungsschutzschirms angebrachtes Druckgasventil verschließbar ist. Vorteilhaft läßt sich durch öffnen des Ventils der Druck innerhalb der Pulsgasleitung beeinflussen. So wird das Druckgasventil insbesondere dann geöffnet sein, wenn eine Beschleunigung des Abfalls der Flüssigkeitssäule bei geschlossenem Absperrventil in der Treibgasleitung zur Intensivierung des Mischeffektes erreicht werden soll.

Der Mischvorgang läßt sich in vorteilhafter Weise noch dadurch beschleunigen, daß wenigstens zwei, mindestens je eine Pulsgasleitung und eine Treibstrahlleitung aufweisende Gasstrahlpumpen eingesetzt sind, wobei die Treibstrahlleitungen der Gasstrahlpumpen mit gegenseitif verriegelbaren und nur wechselweise zu öffnenden Absperrventilen ausgerüstet sind. Bei Betrieb der Anlage wird hierdurch ohne erhebliche Veränderung der Flüssigkeitshöhe in der Mischkammer eine starke Bewegung in der Lösung erzeugt, durch die in äußerst kurzer Zeit eine intensive Vermischung der zu verarbeitenden Komponenten erziel'oar ist. Die Durchmischung läßt sich des weiteren auch noch dadurch intensivieren, daß jede der Pulsgasleitungen an ihrem in die Lösung eintauchenden Ende mit einem mehrere Ausströmöffnungen aufweisenden Düsenkopf ausgerüstet ist.

Eine weitgehende Vereinfachung der gesamten Anlage ergibt sich in weiterer Ausgestaltung dadurch, daß die Pulsgasleitungen verschiedener Mischkammern an eine gemeinsame Gasstrahlpumpe angeschlossen sind.

An Hand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung schematisch wiedergegeben ist, soll die Erfindung näher erläutert werden.

Bei der in der Zeichnung wiedergegebenen dreistufigen Anlage zur Flüssig-Flüssig-Extraktion radioaktiver Substanzen mit Mischkammern 1, 2, 3 und Abscheidebehältern 4, 5, 6 wird jede Mischkammer mit einem besonderen Extraktionsmittel 7,8,9 beschickt.

Eine mit radioaktiven Substanzen beladene Lösung 10 fließt kontinuierlich zunächst in die Mischkammer i, wird hier mit dem Extraktionsmittel 7 vermischt und anschließend in der Absetzkammer 4 in zwei Komponenten getrennt Die leichtere Komponente der Lösung fließt von der Absetzkammer 4 über einen Überlauf 11 der zweiten Stufe der Anlage zu. Die schwerere Komponente wird abgeführt und strömt durch eine Abflußleitung 12 aus der Anlage ab.

Jede Stufe der Anlage ist in gleicher Weise aufgebaut Jeweils die leichtere Komponente der vorhergehenden Stufe wird mit dem nächstfolgenden Extraktionsmittel gemischt Extraktionsmittel und Lösung werden in der Anlage vorzugsweise im Kreuzstrom geführt, was den für die Anlage benötigten strahlungsaktiven Raum vorteilhaft minimiert. Als Endprodukt wird der Anlage ans der Absetzkammer 6 die Lösung 13 entnommen.

Zur Durchmischung der in den Mischkammern 1, 2,3 zu verarbeitenden Komponenten sind für jede Mischkammer jeweils zwei Pulsgasleitungen vorgesehen, von denen zur Übersichtlichkeit nur die beiden Pulsgasleitungen 14,15 der Mischkammer 1 beziffert wurden. Die Pulsgasleitungen tauchen mit ihrem freien Ende in die Lösungen der Mischkammern ein und sind hier mit Düsenköpfen 16,17 ausgerüstet, die mehrere Ausströmöffnungen aufweisen. An ihrem anderen Ende stehen die Puisgasleitungen 14,15 mit je einer Gasstrahlpumpe 18, 19 in Verbindung. Die Pulsgasleitungen münden im jeweiligen Ansaugraum 20, 21 der Gasstrahlpumpen 18, 19.

Die Gasstrahlpumpen 18, 19 weisen Treibgasleitungen 22, 23 auf, die außerhalb eines die gesamte Anlage mit Mischkammern, Absetzbehältern und Gasstrahipumpen umgebenden Strahlungsschutzschirms 24 mit einer Druckgasleitung 25 in Verbindung stehen. Zwischen den Treibgasleitungen 22, 23 und der Druckgasleitung 25 ist ein Absperrventil 26 eingesetzt. Das Absperrventil 26 ist so einstellbar, daß die Treibgasleitungen 22, 23 nur abwechselnd mit Treibgas zu beschicken sind. Zur Regulierung der jeweils notwendigen Ventilstellung steht das Absperrventil 26 mit einem Signalgeber 27 in Wirkverbindung.

Aus dem Außenraum durch das Strahlungsschutzschild 24 hindurch sind außer den Treibgasleitungen 22, 23 auch Druckgasrohre 28, 29 geführt. Im Inneren der Anlage stehen die Druckgasrohre mit den Pulsgasleitungen 14,15 in Verbindung. Die Druckgasrohre 28, 29 sind in derselben Weise wie die Treibgasleitungen 22, 23 an ein Absperrventil, das als Druckgasventil 30 bezeichnet ist, angeschlossen. Über den Signalgeber 27 wird das Druckgasventil 30 in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Absperrventils 26 geschaltet, so daß jeweils nur eine der Pulsgasleitungen 14, 15 mit einer Druckgas fördernden Leitung 31 verbunden ist.

Die intensive Durchmischung beider Komponenten in den Mischkammern 1, 2, 3 geschieht dadurch, daß durch wechselweises öffnen und Schließen des Absperrventils 26 und damit durch wechselweises Beschikken der Treibgasleitungen 22, 23 mit Treibgas entweder die Gasstrahlpumpe 18 oder die Gasstrahlpumpe 19 in Betrieb gesetzt wird. Das abwechselnde Ansaugen der Lösung aus den Mischkammern in die der Pulsgasleitung 14 entsprechenden Pulsgasleitungen, bzw. in die der Pulsgasleitung 15 entsprechenden Pulsgasleitungen erzeugt bei konstant bleibender Flüssigkeitshöhe in den Mischkammern eine starke Bewegung in den Flüssigkeiten. Sowohl das Ansaugen der Lösung in die

Pulsgasleitungen als auch das Ausfließen der Lösung führt zu einer Durchwirbelung der Komponenten und bewirkt ein die Mischung förderndes Aufreißen der Teilchen in kleinere Partikeln. Durch Regelung des entstehenden maximalen Unterdruckes in den Pulsgssleitungen, z. B. durch öffnen des Druckgasventils 30 läßt sich die Mischbewegung steuern.
Eine Verstärkung des Mischvorganges, die insbesondere zur Verkürzung der Verweilzeit der Lösung in dei Mischkammer erwünscht ist, wird dadurch erreicht, dat das Abfließen der Flüssigkeit aus den Pulsgasleitunger nach dem Saughub durch Einleiten von Druckgas übei die Druckgasrohre 28, 29 beschleunigt wird. Das Absperrventil 26 und das Druckgasventil 30 arbeiten ir gegenseitiger Abhängigkeit und werden periodisch vom Signalgeber 27 gesteuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Anlage zur Rüssig-Flüssig-Extraktion radioaktiver Substanzen in wäßriger Lösung mit Extraktions- oder Waschmitteln, die eine gasgepulste Mischkammer für die zu vermischenden Komponenten und einen der Mischkammer nachgeschalteten Abscheidebehälter aufweist, wobei mindestens eine an eine Gaspumpe angeschlossene und mit ihrem freien Ende unmittelbar in die Lösung der Mischkammer eintauchende Pulsgasleitung vorgesehen ist und wobei Mischkammer, Abscheidebehälter uüd Gaspumpe gemeinsam von einem Strahtungsschu&schirrn umgeben «ind, dadurch gtkennzeichnet, daß als Gaspumpe eine einen Ansaugraum (20, 21) und eine Treibgasleitung (22, 23) aufweisende Gasstrahlpumpe (18,19) eingesetzt ist, wobei die Pulsgasleitung (14,15) in den Ansaugraum der Gasstrahlpumpe mündet und die Treibgasleitung (22, 23) über ein außerhalb des Strahlungsschutzschirmes (24) angebrachtes, regelbares Absperrventil (26) an eine Druckgasleitung (25) angeschlossen ist

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die: Pulsgasleitung (14,15) ein Druckgav rohr (28, 29) mündet, das über ein außerhalb des Strahlungsschutzschirms (24) angebrachtes Druckgasventil (30) verschließbar ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei, mindestens je eine Pulsgasleitung (14,15) und eine Treibgasleitung (22,23) aufweisende Gasstrahlpumpe (18,19) eingesetzt sind, wobei die Treibstrahlleitungen (22, 23) der Gasstrahlpumpen mit gegenseitig verriegelbaren und nur wechselweise zu öffnenden Absperrventilen (26) ausgerüstet sind.

4. Anlage nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pulsgasleitungen (14,15) an ihrem in die Lösung eintauchenden Ende mit einem mehrere Ausströmöffnungen aufweisenden Düsenkopf (16,17) ausgerüstet ist.

5. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pulsgasleitungen (14) verschiedener Mischkammern (1,2,3) an eine gemeinsame Gasstrahlpumpe (18) angeschlossen sind.