DE2922645A1

DE2922645A1 - Liquid extractor for nuclear fuel separation - having central rotor with annular passage through which two liquid phases flow in counter-current

Info

Publication number: DE2922645A1
Application number: DE2922645A
Authority: DE
Inventors: Reinhard Dipl Chem Dr Grimm; Edmund Dipl Chem Dr Henrich
Original assignee: Kernforschungszentrum Karlsruhe GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Priority date: 1979-06-02
Filing date: 1979-06-02
Publication date: 1980-12-04
Also published as: DE2922645C2

Abstract

Liq. extn process involves contacting a carrier liquid in which is dissolved some required material with a suitable solvent with which the first liq. is immiscible. Mass transfer occurs between the phases, this being enhanced by increasing the interfacial surface area. The equipment consists of a rotor mounted on a vertical axis inside a cylindrical stator to form an annular passage. The heavier liquid is fed in at the top, flowing down the wall and is removed from a branch at the base. The flow is by gravity. The lighter liq. enters at the base and flows up the extractor. The rotor is rotated by a motor and exerts a shearing action on the annular flow passage which creates a rotational action in the liq. films. Used esp. for sepg U and Plutonium. It can be used in conjunction with the Purex process, giving high critical safety while operating at a lower rotational speed than conventional centrifugal extractors. Gives high extn. loads and a high sepn. selectivity.

Description

Beschreibuno;Description; -^ S-- ^ S-

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Flüssig-Flüssig-Extraktion hat im Bereich der Chemietechnik in den letzten Jahren zunehmende Bedeutung erlangt. Dieses Trennverfahren wird in großem Umfang in großtechnischen Prozessen der chemischen Industrie, der Petrochemie und der Pharmaindustrie eingesetzt. Die Entwicklung ist wesentlich beeinflußt worden durch die Anwendung nuklearer Technologien, welche zur großtechnischen Uransalz-Aufbereitung und zur Wiederaufarbeitung von Uran-Plutonium-Kernbrennstoffen geführt haben.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1. The liquid-liquid extraction has in the area of Chemical engineering has gained increasing importance in recent years. This separation process is used on a large scale on an industrial scale Processes in the chemical, petrochemical and pharmaceutical industries. The development is significantly influenced has been achieved through the use of nuclear technologies for large-scale uranium salt processing and reprocessing uranium-plutonium nuclear fuel.

Die für die Durchführung der Flüssig-Flüssig-Extraktion erforderlichen Einrichtungen müssen durch besondere konstruktive Maßnahmen an die jeweiligen spezifischen Erfordernisse des Prozesses angepaßt werden, um z.B. den Stoffübergang zu beschleunigen und die Betriebssicherheit und die Verfügbarkeit sowie die Wirtschaftlichkeit zu erhöhen.The ones required to carry out the liquid-liquid extraction Facilities must be adapted to the respective specific requirements of the process by means of special constructive measures be adapted, e.g. to accelerate the mass transfer and the operational safety and the availability as well as the economic efficiency to increase.

Insbesondere bei dem für die Wiederaufarbeitung von Uran-Plutonium-Kernbrennstoffen fast ausnahmslos verwendeten Purex-Prozeß. mit Tributylphosphat als Lösungsmittel muß der Extraktor einige zusätzliche Forderungen erfüllen.In particular for the reprocessing of uranium-plutonium nuclear fuel Almost without exception used Purex process. with tributyl phosphate as a solvent, the extractor has to do some meet additional requirements.

Wegen des hohen Spaltstoffgehaltes muß aus Gründen der Kritikalität das Extraktorvolumen so bemessen sein, daß es möglichst ohne Benutzung heterogener oder homogener Neutronengifte kritisch sicher ist. Darüber hinaus sollte eine ferngesteuerte, kontinuierliche Betriebsweise und auch eine ferngesteuerte Reparatur einfach möglich sein.Because of the high content of fissile material, for reasons of criticality the extractor volume must be dimensioned so that it is critical without the use of heterogeneous or homogeneous neutron poisons for sure is. In addition, a remote-controlled, continuous mode of operation and also a remote-controlled repair simply be possible.

Die Extraktion muß wegen des erheblichen Materialwertes des Kernbrennstoffes eine hohe quantitative Ausbeute ermöglichen und gleichzeitig wegen der hohen Reinheitsforderungeh an das. extrahierte Uran und Plutonium gegenüber einer Vielzahl von Spaltprodukten eine hohe Selektivität der Trennung sicherstellen.The extraction must because of the considerable material value of the nuclear fuel enable a high quantitative yield and at the same time because of the high purity requirements for the extracted Uranium and plutonium ensure a high selectivity of the separation compared to a large number of fission products.

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Zur Efüllung dieser Erfordernisse Ist ein Zentrifugalextraktor bekannt (KFK-862, April 1969, Seiten 4, 5 und Fig. 1), bei dem die schwere und die leichte Phase in einer Mischkammer mit einem Rührwerk gemischt und über Umlenk- und Beruhigungsbleche durch eine zentrale düsenähnliche öffnung unter Umwandlung von Druck in Geschwindigkeit von der ruhenden Mischkammer in die rotierende Absetzkammer gefördert wird, in der das Gemisch in einem Fliehkraftfeld von einigen loo g getrennt wird und die schwere Phase an die Rotorwand und die leichte Phase zur Rotorachse wandert.To meet these requirements, a centrifugal extractor is known (KFK-862, April 1969, pages 4, 5 and Fig. 1), in which the The heavy and light phases are mixed in a mixing chamber with an agitator and passed through deflection and calming plates a central nozzle-like opening converting pressure into speed from the stationary mixing chamber to the rotating one Settling chamber is promoted, in which the mixture is separated in a centrifugal force field of a few loo g and the heavy phase migrates to the rotor wall and the light phase to the rotor axis.

Die Nachteile dieses bekannten Extraktortyps bestehen insbesondere darin, daß sehr hohe Drehzahlen erforderlich sind und deshalb Lagerungs- und Unwuchtprobleme auftreten können, daß der mechanische Aufbau relativ kompliziert ist, und daß insbesondere im Bereich der Entmischungszone Verstopfungen durch in beiden Phasen mitgeführte Verunreinigungen auftreten können.The disadvantages of this known type of extractor exist in particular in that very high speeds are required and therefore storage and imbalance problems can occur that the mechanical Construction is relatively complicated, and that, especially in the area of the segregation zone, blockages are caused in both phases carried impurities can occur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gegenstromextraktor zu entwickeln, der auch bei der Wiederaufarbeitung von Uran-Plutonium-Kernbrennstoffen im Purex-Prozeß eingesetzt werden kann, eine Geometrie hoher Kritikal ita'tssicherheit aufweist, mit wesentlich kleineren Drehzahlen als der bekannte Zentrifugalextraktor arbeitet und der eine hohe Ausbeute der Extraktion und eine hohe Selektivität der Trennung ermöglicht.The invention is based on the object of a countercurrent extractor to develop, also in the reprocessing of uranium-plutonium nuclear fuel can be used in the Purex process, has a geometry of high criticality security, with Much lower speeds than the well-known centrifugal extractor works and the high extraction and yield enables a high selectivity of the separation.

Diese Aufgabe wird bei einem Gegenstromextraktor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 durch die in dessen Kennzeichen genannten Merkmale gelöst.This task is carried out with a countercurrent extractor according to the generic term of claim 1 solved by the features mentioned in its characteristics.

Die mit dem vorgeschlagenen Gegenstromextraktor erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Betrieb bei kleineren Drehzahlen erfolgt und deshalb Unwuchtprobleme vermieden werden, daß infolge des ringspaltförmigen Querschnittes das Volumen der Stoffaustauschzone und auch der vor- und nachgeschalteten Beruhigungszone so klein ist, daß Kritikalitätsprobleme mit Sicherheit ausgeschlossen sind, daß bei kurzer Verweilzeit der Einsatzstoffe ein hoher Stoffaustausch erreichbar ist, daß Verstopfungen durch dieThe advantages achieved with the proposed countercurrent extractor are in particular that the operation takes place at lower speeds and therefore imbalance problems are avoided that the volume of the mass transfer zone due to the cross-section in the form of an annular gap and the upstream and downstream calming zone is so small that criticality problems are definitely excluded are that with a short residence time of the starting materials high mass transfer is achievable that blockages by the

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Ablagerung von Verunreinigungen nicht zu Störungen führen können, und daß die einfache Konstruktion den fernbedienten Austausch von Teilen vereinfacht.Deposits of impurities cannot lead to malfunctions, and that the simple construction simplifies the remote replacement of parts.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 schematischer Längshalbschnitt eines Gegenstromextraktors, Fig. 2 schematischer Querschnitt eines Gegenstromextraktors, Fig. 3 a bis d schematische Achsschnitte unterschiedlich geformter Rotor-Stator—Anordnungen mit Oberflächenstruktur.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below. 1 shows a schematic longitudinal half-section of a countercurrent extractor, 2 shows a schematic cross section of a countercurrent extractor, FIGS. 3 a to d show schematic axial sections of different shapes Rotor-stator arrangements with a surface structure.

In Fig. 1 ist der Längshalbschnitt eines Gegenstromextraktors mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen vereinfacht dargestellt. Ein Rotor 1 ist über Flanschverbindungen 2 mit einer durchgehenden Welle 3 fest verbunden und in einem Traglager 4 und in einem Stützlager 5 gelagert. Die gemeinsame Achse 6 des Rotors 1 und der Welle 3 ist vertikal angeordnet. Der Rotor 1 wird über die Welle 3 durch einen oberhalb des Stützlagers 5 angeordneten Elektromotor 7 mit einer vorbestimmten Drehzahl und einer vorbestimmten Drehrichtung 8 angetrieben. Der Rotor 1 ist koaxial von einem rohrförmigen Stator 9 umschlossen. In axialer Richtung ist der Stator 9 länger als der Rotor 1, so daß beide Bauelemente eine an das untere Ende des Rotors 1 anschließende erste Beruhigungszone IO und eine an das obere Ende des Rotors 1 anschließende zweite Beruhigungszone 11 bilden. Zwischen dem Rotor 1 und dem Stator 9 besteht ein Ringspalt 12 vorbestimmter Breite und damit ein hohlzylinderförmiger Raum, der die erste Beruhigungszone 10 mit der zweiten Beruhigungszone 11 verbindet. Die erste Beruhigungszone 10 und die zweite Beruhigungszone 11 ist durch je eine Blende 14 gegen den Rotor 1 und die Welle 3, also gegen die bewegten Teile abgeschirmt. Die Blende 14 besteht aus einer parallel zur Stirnwand des Rotors 1 angeordneten Scheibe 15, die an die Wand des Stators 9 anschließt und im Bereich des Ringspaltes 12 Durchbrüche 15a aufweist und aus einem die Welle 3In Fig. 1, the longitudinal half-section of a countercurrent extractor with the features mentioned in claim 1 is shown in simplified form. A rotor 1 is via flange connections 2 with a continuous Shaft 3 firmly connected and stored in a support bearing 4 and in a support bearing 5. The common axis 6 of the rotor 1 and the shaft 3 is arranged vertically. The rotor 1 is arranged over the shaft 3 by a one above the support bearing 5 Electric motor 7 with a predetermined speed and a predetermined Direction of rotation 8 driven. The rotor 1 is coaxially enclosed by a tubular stator 9. Is in the axial direction the stator 9 is longer than the rotor 1, so that both components have a first calming zone adjoining the lower end of the rotor 1 IO and form a second calming zone 11 adjoining the upper end of the rotor 1. Between the rotor 1 and the stator 9 is an annular gap 12 of predetermined width and thus a hollow cylindrical space which connects the first calming zone 10 with the second calming zone 11. the first calming zone 10 and the second calming zone 11 is shielded by a diaphragm 14 against the rotor 1 and the shaft 3, that is, against the moving parts. The aperture 14 consists of a disk 15 arranged parallel to the end wall of the rotor 1, which adjoins the wall of the stator 9 and has openings 15a in the area of the annular gap 12 and from one the shaft 3

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des Rotors 1 umschließenden, mit der Scheibe 15 und der Stirnwand des Stators 9 verbundenen Rohr 16.of the rotor 1 surrounding the tube 16 connected to the disk 15 and the end wall of the stator 9.

Zum Einleiten der schweren Phase als Trägerflüssigkeit 17, also z.B. des Tributylphosphats, mit dem gelösten Uran und Plutonium in den Ringspalt 12 ist ein erstes Einlaufrohr 18 im Bereich des oberen Endes des Rotors 1 in Drehrichtung des Rotors 1 zeigend tangential an den Stator 9 angschlossen.To introduce the heavy phase as a carrier liquid 17, that is e.g. of the tributyl phosphate, with the dissolved uranium and plutonium in the annular gap 12 is a first inlet pipe 18 in the area of the The upper end of the rotor 1 is connected tangentially to the stator 9, pointing in the direction of rotation of the rotor 1.

Zum Abführen der schweren Phase ist ein erstes Auslaufrohr 19 am unteren Ende des Stators 9 radial angeschlossen.To discharge the heavy phase, a first outlet pipe 19 is connected radially to the lower end of the stator 9.

Zum Einleiten des Extraktonsmittels 2O, also der leichten Phase, ist ein zweites Einlaufrohr 21 im Bereich des unteren Endes des Rotors 1 in Drehrichtung 8 des Rotors 1 zeigend tangential an dem Stator 9 angeschlossen.To introduce the extraction agent 2O, i.e. the light phase, is a second inlet pipe 21 in the area of the lower end of the rotor 1 in the direction of rotation 8 of the rotor 1 pointing tangentially connected to the stator 9.

Zum Abführen der leichten Phase 20 ist ein zweites Auslaufrohr 22 oberhalb des oberen Endes des Rotors 1 radial an die Wand des Stators 9 angeschlossen. To discharge the light phase 20, a second outlet pipe 22 is connected radially to the wall of the stator 9 above the upper end of the rotor 1.

Das zweite Einlaufrohr 21 liegt zwar vor der Ebene des gezeichneten Halbschnittes, ist aber zur Verdeutlichung dargestellt.The second inlet pipe 21 lies in front of the plane of the drawn half-section, but is shown for the sake of clarity.

Die schwere Phase 17 tritt über das erste Einlaufrohr 18 tangential in den Ringspalt 12 ein und bildet eine erste Flüssigkeitsschicht 23 auf der Wand des Stators 9, der hohlzylinderförmig infolge der Schwerkraft S zu der ersten Beruhigungszone 10 fließt und über das erste Auslaufrohr 19 wieder abgeführt wird.The heavy phase 17 enters the annular gap 12 tangentially via the first inlet pipe 18 and forms a first liquid layer 23 on the wall of the stator 9, which is in the form of a hollow cylinder flows to the first calming zone 10 due to the force of gravity S and is discharged again via the first outlet pipe 19.

Die durch das zweite Einlaufrohr 21 am unteren Ende des Rotors 1 tangential in Drehrichtung des Rotors 1 eingespeiste leichte Phase bildet eine zweite FlUssigkeitsschicht 24 auf der Wand des Rotors 1, der hohlzylinderförmig infolge der Auftriebskraft A zu der zweiten Beruhigungszone 11 aufsteigt und Über das zweite Auslaufrohr 22 wieder abgeführt wird.The through the second inlet pipe 21 at the lower end of the rotor 1 Light phase fed in tangentially in the direction of rotation of the rotor 1 forms a second liquid layer 24 on the wall of the rotor 1, which is hollow cylinder-shaped as a result of the lift force A rises to the second calming zone 11 and over the second Outlet pipe 22 is discharged again.

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Die erste Flüssigkeitsschicht 23 und die zweite Flüssigkeitsschicht 24 bilden also koaxiale Zylinder mit in Richtung der Zylinderachse 6 entgegengesetzter Strömungsrichtung und einer ausgeprägten zylinderförmigen Phasenqren2e 25, über die der Stoffaustausch erfolgt.The first liquid layer 23 and the second liquid layer 24 thus form coaxial cylinders with in the direction of the Cylinder axis 6 opposite flow direction and a pronounced cylindrical phase square 25, over which the mass transfer he follows.

Der Stoffaustausch wird begünstigt durch den intensiven Kontakt der zylinderförmigen Flüssigkeitsschichten 23, 24 die in Achsrichtung mit gegensätzlichen Strömungsrichtungen aneinander vo rbei bewegt werden.The exchange of substances is favored by the intensive contact of the cylindrical liquid layers 23, 24 in the axial direction are moved past each other with opposing flow directions.

Der Stoffaustausch wird weiterhin verbessert durch eine dieser translatorischen Bewegung überlagerte rotatorische Bewegung der Flüssigkeitsschichten 23, 24, Der Rotor 1 rotiert in Drehrichtung 8 mit einer vorbestimmten Drehzahl. Diese Drehung wird zunächst auf die den Rotor 1 als zweite Flüssigkeitsschicht 24 unmittelbar umschließende leichte Phase übertragen, die mit einer zweiten Drehzahl 26 rotiert. Die Drehung wird auch über die Phasengrenze 25 auf die erste Flüssigkeitsschicht 23 übertragen, die aber infolge ihrer größeren Trägheit mit einer ersten Drehzahl 27 rotiert, die kleiner ist als die zweite Drehzahl 26. Daraus folgt eine rotatorische Relativbewegung zwischen den Flüssigkeitsschichten 23, 24. The mass transfer is further improved by one of these translational movement superimposed rotational movement of the Liquid layers 23, 24, the rotor 1 rotates in the direction of rotation 8 at a predetermined speed. This rotation is first applied directly to the rotor 1 as the second liquid layer 24 transmitted surrounding light phase, which rotates at a second speed 26. The rotation is also over the phase boundary 25 transferred to the first liquid layer 23, but due to its greater inertia, it rotates at a first speed 27 rotates, which is smaller than the second speed 26. This results in a rotational relative movement between the liquid layers 23, 24.

Als aktive Länge des Extraktors, in der im wesentlichen ein Stoffaustausch über die Phasengrenze 25 stattfindet, gilt der Bereich zwischen dem ersten Einlaufrohr 18 und dem zweiten Einlaufrohr 21, der die Stoffaustauschzone 28 bildet.As the active length of the extractor, in which essentially an exchange of substances takes place across the phase boundary 25, the area between the first inlet pipe 18 and the second inlet pipe 21 applies, which forms the mass transfer zone 28.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt des Gegenstromextraktors oberhalb des ersten Einlaufrohres 18 schematisch dargestellt. In dieser Figur wird insbesondere die Anordnung der Rohrleitungen für das Zu- und Abführen der schweren und der leichten Phase entsprechend den zu Figur 1 gegebenen Erläuterungen verdeutlicht und die rotatorischen Bewegungen 8, 26, 27 des Rotors 1 und der Flüssigkeitsschichten 23, 24 dargestellt. In Fig. 2 a cross section of the countercurrent extractor above the first inlet pipe 18 is shown schematically. In this Figure is in particular the arrangement of the pipelines for the supply and discharge of the heavy and light phase accordingly clarifies the explanations given for FIG. 1 and shows the rotational movements 8, 26, 27 of the rotor 1 and the liquid layers 23, 24.

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Das zweite Auslaufrohr 22 für das Extraktionsmittel 20 liegtThe second outlet pipe 22 for the extractant 20 is located

wie sich aus Figur 1 ergibt, oberhalb der gewählten Schnittebene,as can be seen from Figure 1, above the selected cutting plane, ist aber dennoch in Figur 2 gezeichnet.but is still drawn in FIG.

Die den Stoffaustausch begünstigenden translatorischen und rotatorischen Bewegungen der TrägerflUssigkeit 17 und des Extraktionsmittels 20 sowie deren intensive Kontaktierung bei Ausbildung einer stabilen Phasengrenze 25 zwischen den Einsatzstoffen können unter bestimmten Voraussetzungen weiter verbessert werden durch die Oberflächengestaltung der die Stoffaustauschzone 28 begrenzenden Bauelemente des Extraktors, also insbesondere des Rotors 1 und/oder des Stators 9.The translational and rotational movements of the carrier liquid 17 and of the extractant 20, which promote the exchange of substances, as well as their intensive contact during formation A stable phase boundary 25 between the starting materials can, under certain conditions, be further improved by the surface design of the components of the extractor delimiting the mass transfer zone 28, that is to say in particular of the rotor 1 and / or the stator 9.

In Fig. 3 a bis d sind vier mögliche AusfUhrungsformen als stark vereinfachter Achsschnitt dargestellt. Insbesondere zeigen Fig. 3a einen stator 9 mit einem Rotor 30, dessen oberfläche ringnutförmige Vertiefungen 31 mit stark abgerundeten Kanten aufweist, Fig. 3b einen Rotor 1 mit einem Stator 32, dessen Oberfläche wieIn Fig. 3 a to d there are four possible embodiments as strong simplified axial section shown. In particular, Fig. 3a shows a stator 9 with a rotor 30, the surface of which annular groove-shaped depressions 31 with strongly rounded Has edges, 3b shows a rotor 1 with a stator 32, the surface of which is like

die des Rotors 30 in Fig. 3a ausgebildet ist, Fig. 3c einen Rotor 30 mit einem Stator 32, deren Oberfläche wiethat of the rotor 30 is formed in FIG. 3a, FIG. 3c shows a rotor 30 with a stator 32, the surface of which is like erläutert ausgebildet sind,are designed as explained,

Fig. 3d einen leicht kegelförmigen Rotor 33, der in einem kegelförmigen Stator 34 angeordnet 1st.FIG. 3d shows a slightly conical rotor 33 which is arranged in a conical stator 34.

Bei einem Ausführungsbeispiel eines Gegenstromextraktors mit den Merkmalen des Anspruches 1 mit einem Rotordurchmesser von 45 mm, einer Ringspaltbreite von 2,5 mm, einer Stoffaustauschzone von 35 cm Länge und einer Drehzahl von 600 U/min wurden bei einer Radialbeschleunigung von etwa 10 g folgende Werte gemessen:In one embodiment of a countercurrent extractor with the Features of claim 1 with a rotor diameter of 45 mm, an annular gap width of 2.5 mm, a mass transfer zone of 35 cm in length and a speed of 600 rpm, the following values were measured at a radial acceleration of about 10 g:

Extraktion:Extraction: Einlauf: wäßrige Phase: 0,5 l/h; 1 mol/1 HNO3; 216 g/l UranInlet: aqueous phase: 0.5 l / h; 1 mol / 1 HNO3; 216 g / l uranium

organische Phase: 1,35 l/h, 30 X TBP in Dodecanr Auslauf: wäßrige Phase: 0,3 g/l Uranorganic phase: 1.35 l / h, 30 X TBP in dodecane Outlet: aqueous phase: 0.3 g / l uranium

- 10 -- 10 -

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4-4-

Rückextraktion: "~Back extraction: "~

Einlauf: wäßrige Phase: 2 l/h; 0,01 mol/1 HNO, organische Phase: 1 l/h; 80 g/l Uran, 30 % TBP inInlet: aqueous phase: 2 l / h; 0.01 mol / 1 HNO, organic phase: 1 l / h; 80 g / l uranium, 30 % TBP in

Dodecan Auslauf: organische Phase: 1 g/l UranDodecane outlet: organic phase: 1 g / l uranium

- 11 -- 11 -

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Bezugszeichenliste: — ί£ " List of reference symbols: - ί £ "

1 Rotor 36 Stator1 rotor 36 stator

2 Flanschverbindung 37 Längsnute in 35,2 flange connection 37 longitudinal groove in 35,

3 Welle3 wave

4 Traglager4 support bearings

5 Stützlager S Schwerkraft5 support bearing S gravity

6 Achse von 1 und 3 A Auftriebskraft6 axis of 1 and 3 A of buoyancy

7 Elektromotor7 electric motor

8 Drehrichtung von 18 direction of rotation from 1

9 Stator9 stator

10 erste Beruhigungszone10 first calming zone

11 zweite Beruhigungszone11 second calming zone

12 Ringspalt12 annular gap

14 Blende14 aperture

15 Scheibe von I^ 15a Durchbrüche in 1415 disc of I ^ 15a breakthroughs in 14

16 Rotor von lA16 rotor from lA

17 Trägerflüssigkeit, schwere Phase17 carrier liquid, heavy phase

18 1. Einlaufrohr18 1. Inlet pipe

19 1. Auslaufrohr19 1. Outlet pipe

20 Extraktionsmittel, leichte Phase20 extractants, light phase

21 2. Einlaufrohr21 2. Inlet pipe

22 2. Auslaufrohr22 2. Outlet pipe

23 erste Flüssigkeitsschicht auf 9 (schwere Phase) 21 zweite, Flüssigkeitsschicht auf 1 (leichte Phase)23 first liquid layer on 9 (heavy phase) 21 second, liquid layer on 1 (light phase)

25 Phasengrenze zwischen 23 und25 phase boundary between 23 and

26 2. Drehzahl der leichten Phase26 2. Speed of the light phase

27 erste Drehzahl der schweren Phase27 first speed of the heavy phase

28 Stoffaustauschzone28 mass transfer zone

30 Rotor30 rotor

31 Ringnute in 30, 3231 ring groove in 30, 32

32 Stator32 stator

33 Rotor, kegelförmig 3Ί Stator, kegelförmig 35 Rotor33 rotor, conical 3Ί stator, conical 35 rotor

- 12 -- 12 -

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Claims

Nuclear Research Center Karlsruhe, June 1, 1979 Karlsruhe GmbH PLA 7923 Hä / wk Patent Claims;

1. Multi-stage countercurrent extractor for liquid-liquid extraction with the following characteristics

1) a carrier liquid (17) containing the substance to be extracted in dissolved form and a liquid one with the carrier liquid (17) Extractant (20) which is immiscible or only slightly miscible are contacted and thereby adjusted a distribution equilibrium of the substance to be extracted from the carrier liquid (17) into the extraction means (20) transferred,

2) to accelerate the setting of an equal distribution. weight, i.e. the transition of the 2u extracting substance from the carrier liquid (17) to the extractant (2o), becomes the exchange surface (25) between carrier liquid (17) and extractant (20) enlarged,

3) to increase the effectiveness of the extraction, so the most complete possible transfer of the to be extracted Substance from the carrier liquid (17) into the extractant (20) is in several successive stages extracted,

characterized by the following features

4) a rotor (1) with a vertical axis (6) is arranged coaxially in a tubular stator (9),

5) there is an annular gap between the stator (9) and the rotor (1) (12) predetermined width,

6) for introducing the heavy phase (17) into the annular gap (12) and for discharging it is a first inlet pipe (18) and a first outlet pipe (19) connected to the stator (9) that the flow in an axial first direction in the is essentially determined by gravity (S),

7) to introduce the light phase (2O) into the annular gap

(12) and to discharge it is a second inlet pipe (21) and a second outlet pipe (22) so on the stator (9)

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connected that the flow in an axial second direction is determined essentially by lift forces (A) is,

8) a motor (7) moves the rotor (1) in a predetermined , Direction of rotation (8),

9) the rotor (1) transfers to the liquid layers flowing vertically and in opposite directions in the annular gap (12) (23, 24) Rotational movements of different directions in the same direction, depending on the specific gravity of each of the liquids Speeds (26, 27).

2. Countercurrent extractor according to claim 1, in particular for the back and forth extraction of plutonium and uranium, characterized by the following features

1) the first inlet pipe (18) for introducing the heavy phase, e.g. the carrier liquid (17) with the dissolved uranium and Plutonium is tangential in the area of the upper end of the rotor (1) in the direction of rotation (8) of the rotor (1) connected to the stator (9),

2) the first outlet pipe (19) for discharging the heavy phase (17) is connected to the lower end of the stator (9),

3) the second inlet pipe (21) for introducing the light phase, e.g. the extractant (20), is in the area of the lower end of the rotor (1) in the direction of rotation (8) of the rotor

(1) pointing tangentially connected to the stator (9),

4) the second outlet pipe (22) for discharging the light phase (20) is radial above the upper end of the rotor (1) connected to the wall of the stator (9).

3. countercurrent extractor according to claim 1,
characterized by the following features,

1) the axial length of the rotor (1) is smaller than that of the stator (9),

2) the rotor (1) is arranged in the stator (9) so that the stator (9) below and above the rotor (1) has a first and a second calming zone (1O, 11) encloses,

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3) between the first and the second calming zone (10, 11) is the one through the annular gap (12) between the stator (9) . and rotor (1) hollow cylinder-shaped mass transfer zone (28) arranged, the active length of which is approximately the axial distance between the first inlet pipe (18) and corresponds to the second inlet pipe (21) and smaller than that axial length of the rotor (1) is i

4. countercurrent extractor according to claim 1, characterized by the features,

1) the first calming zone (10) and the second calming zone (11) are against the rotor (1) through a diaphragm (14) and its shaft (3) shielded,

2) the diaphragm (14) consists of a disk (15) arranged parallel to the end wall of the rotor (1) and of a die Rotor shaft (3) enclosing, with the disc (15) and the End wall of the stator (9) connected tube (16),

3) the outer edge of the disc (15) touches the stator

(9) and has openings (15a) in the area of the annular gap (12).

5. countercurrent extractor according to claim 1, characterized in that

the surface of the rotor (3O) and / or of the stator (32) annular groove-shaped Has depressions (31) of small depth with strongly rounded edges.

6. countercurrent extractor according to claim 1, characterized in that

the rotor (33) 'and / or the stator (34) light, conical are trained.

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Nuclear Research Center Karlsruhe »June 1, 1979

Karlsruhe GmbH PLA 7923 Hä / wk

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Countercurrent extractor

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