DE3122706C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mischeinrichtung zum Vermischen verschiedener Flüssigkeiten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Tri­ tiumabtrennung in einer Wiederaufbereitungsanlage hoch dem mit den Werkstoffen Uran und Plutonium beladenen radioaktiver Kernbrennstoffe. Diese Abtrennung erfolgt im ersten Extraktionszyklus durch Austauschen des in organischen Produktstromes enthaltenen Tritiumwassers gegen Leichtwasser. Hierzu wird das bekannte Grundprin­ zip des Mischabsetzers angewendet. Eine Tritiumabtren­ nung wurde bisher noch nicht in technischem Maßstab durchgeführt. Pulskolonnen zur Tritiumabtrennung be­ sitzen aufgrund bestimmter Eigenschaften gewisse Nach­ teile, die ihren Einsatz ungünstig erscheinen lassen.

Eine Mischeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 ist aus der DE-OS 29 40 657 bekannt. Diese Mischeinrichtung ist jedoch nicht optimiert, erlaubt keine höheren Durchsätze und kann keine gezielte Störungsführung aufrechterhalten.

Die vorliegende Erfindung hat nun ausgehend von die­ sem Sachverhalt zur Aufgabe, eine Mischeinrichtung zu schaffen, die einen möglichst guten Widerstand auf­ weist, d. h. es soll ein Phasenverhältnis in der Misch­ kammer von ca. 1 : 1 zwischen organischer Produktphase und der Waschphase sowie eine möglichst homogene Durch­ mischung der gesamten Mischkammer erzielt werden.

Dabei soll bei einem Einsatz in der Wiederaufarbeitung bestrahlten Kernbrennstoffes zur Minimierung der flüs­ sigen radioaktiven Abfälle die zur Tritiumabtrennung eingesetzte Waschflüssigkeit nur einen kleinen Bruch­ teil der zu reinigenden organischen Produktlösung be­ tragen, weswegen eine Rezirkulierung der Waschphase vom Ende der Absetzkammer zurück in die zugehörige Misch­ kammer notwendig ist. Dazu ist eine Pumpapparatur er­ forderlich, die den kerntechnischen Anforderungen hin­ sichtlich Wartungsfreiheit und außerhalb der Zelle lie­ gendem Antrieb entspricht. Letzlich soll eine gleichmäßige Disper­ gierung der beiden Phasen auch in den Wandzonen und Ecken der Mischkammer bewirkt werden.

Die vorliegende Erfindung schlägt nun zur Lösung dieser Aufgabe die Merkmale vor, die im Kennzeichen des Patent­ anspruches 1 angegeben sind. Weitere vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung sind in den Kennzeichen der Unteransprüche angegeben.

Durch eine Ausbildung der Mischeinrichtung in dieser Art trifft nun die Strömung auf den Boden auf, wird von diesem abgelenkt und steigt nach Durchströmung der unteren Ecken an den Mischkammerwänden hoch. Durch die Saugwirkung der Oberseite des Mischpumpenrades gelangt ein Teil der Misch­ phase in Oberflächennähe wieder in die Pumpenmischein­ richtung, wird redispergiert und durch das Leitrad wie­ der in den Bodenbereich gedrückt. Es entsteht eine Zwangsumlaufströmung, deren Stromlinien der Form eines Torus folgen. Die Menge an Mischphase, die den Zu­ flüssen in die Mischkammer entspricht, strömt über das Mischphasenwehr in die Absetzkammer.

Die besonderen Vorteile der vorliegenden Erfindung be­ stehen vor allem in der Umpumpung großer Flüssigkeits­ ströme unter Verwendung niedriger Laufradumfangsge­ schwindigkeiten, was die Voraussetzung für einen emul­ sionsfreien Betrieb ist. Dabei ist es besonders günstig, daß eine torusförmige Zwangsumlaufströmung erzielt wird, welche auch bei flachen Mischkammern eine sehr gute Durchmischung der Boden- und Wandbereiche sowie der Ecken bewirkt. Sehr günstig ist auch der durch die Zwangsumlaufströmung erreichte mehrfache Durchgang der Mischphase durch die Pump-Mischeinrichtung, denn er be­ wirkt eine mehrfache Dispergierung und dadurch eine wesentliche Verbesserung des Stufenwirkungsgrades.

Einzelheiten der vorliegenden Erfindung sind im folgen­ den und anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert. Es zeigt die

Fig. 1 einen Seitenschnitt durch die Misch- und die Absetzkammer, die

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie AB der Fig. 1 in vergrößerter Darstellung.

In den Figuren sind Schnitte durch die Mischkammer 1 und die Absetzkammer 3 dargestellt. Diese beiden sind durch das Mischkammerwehr 2 voneinander getrennt, des­ sen Oberkante 28 von der Mischphase 34 in Richtung Ab­ setzkammer 3 überströmt wird. Bei dem vorstehenden An­ wendungsfall besteht die Mischphase 34 aus einer orga­ nischen Phase 6 und einer wäßrigen Phase 5, 7, die zur Mischung zugeführt werden. Die jeweiligen Phasen 5 und 7 strömen in Pfeilrichtung aus den benachbarten Stufen 35 und 36 von unten bzw. oben abgeströmt über Wehre 37 und 38 gesteuert der Mischkammer 1 über Kammern 10 und 11 zu, die unter dem Boden 9 der Mischkammer 1 gelegen sind. Dabei bildet der Boden 12 der Kammern 10 und 11 den gemeinsamen untersten Boden aller Stufen 35 und 36 bzw. der Absetzkammer 3, d. h. er liegt in einer Ebene mit dem Boden 13 der Absetzkammer. Die Einströmung der Phasen 5 und 6 in die Mischkammer 1 erfolgt durch die Öffnung 8 im Mischkammerboden 9, über welcher die ei­ gentliche Mischeinrichtung, das Radialmischpumpenrad 4 angeordnet ist.

Dieses Radialpumpenrad 4 ist nun auf besondere Weise zweiflutig, d. h. doppelt von oben und unten saugend, ausgebildet und wirkt mit einem Leitrad 20 zusammen, welches konzentrisch und stationär fest in der Misch­ kammer 1 um das Rad 4 herum angeordnet ist. Hauptzweck dieser Anordnung ist neben der bekannten Mischfunktion die Erzeugung einer Kreis- oder Ringströmung 33 der Mischphase 34 in der Kammer 1. Das Pumpenrad 4 weist somit eine obere 26 und eine untere axiale Ansaug­ seite 39 auf und wird durch die nach oben führende Welle 27 angetrieben. Die Welle 27 führt nach oben zu der Antriebsmaschine 40, die oberhalb einer Abschirm­ decke 41 zu Wartungszwecken außerhalb des abgeschirm­ ten Bereiches einer kerntechnischen Anlage angeordnet ist.

An den Wänden der Mischkammer 1 sind in dieser hinter­ strömbare Strombrecher 44 angesetzt, deren der Wandung zugerichtete Öffnungen 45 sich über die Überströmkanten 28 hinweg nach oben erstrecken. Durch die Strombrecher 44 wird eine Verwirbelung im Randzonenbereich bewirkt, die sich auch auf die Ecken der Mischkammer erstreckt und den Oberflächenrand der Flüssigkeit miterfaßt.

Die beiden Ansaugseiten des Pumpenrades 4 sind durch eine von der Nabe ausgehende Trennwand 16 getrennt, auf deren Oberseite die oberen Schaufeln 14 und auf der Unterseite die unteren Schaufeln 15 sitzen. Diese Schaufeln 14 und 15 sind so gekrümmt, daß die Strömung von der Wellenmitte 42 her axial angesaugt wird und radial durch die oberen 17 bzw. unteren Öffnungen 18 ausgestoßen wird. Diese Öffnungen 17 und 18 liegen in Höhe bzw. gegenüber der radialen Kanäle 19 im Leitrad 20, die die Strömung auffangen und entlang der Kanalachse 23 ableiten. Die Kanalachse 23 ist dabei schräg nach unten gegen den Boden 9 der Mischkammer 1 gerichtet, so daß die Ringströmung 33 eingeleitet wird.

Der obere Teil des Pumpenrades 4 bzw. die oberen Schau­ feln 14 saugen die Ringströmung 33 von oben wieder an. Dazu ist oben auf das Leitrad 20 das Leitradaufsatzrohr 24 zentrisch aufgesetzt, dessen Innenraum 25 mit der oberen Ansaugseite 26 korrespondiert. Dieses Leitrad­ aufsatzrohr 24 weist über seinen Umfang verteilte Durch­ brüche 29 auf, deren Mitte etwa in Höhe der Ober- bzw. Überströmkante 28 des Mischphasenwehres 2 bzw. des Flüssigkeitsspie­ gels gelegen ist. So wird die Mischphase in ihrem oberen Bereich wieder nach unten angesaugt und die Ringströmung 33 in der Mischkammer 1 erzeugt.

Die zu mischenden Phasen 5, 6 und 7 werden, wie be­ reits erwähnt, von unten her angesaugt. Gegenüber der unteren Ansaugseite 39 des Pumpenrades 4 liegt die Einströmöffnung 21 des Leitrades 20, in welche das rohrförmige Leitradeinlaufstück 22 gesteckt ist. Dessen unteres Ende bildet die Einlauföffnung 8 zu den unteren Kammern 10 und 11 der Phasen 5 und 6. Dabei ist das Leitradeinlaufstück 22 in das Einlaufzentrierstück 30 gesteckt, wie es in die Öffnung 8 im Boden 9 einge­ setzt ist und somit die aneinander befestigten Teile Leitrad 20, Leitradeinlaufstück 22 und Leitradaufsatz­ rohr 24 am Boden fixiert. Diese Teile können dann auf nicht mehr dargestellte Weise nach oben gemeinsam he­ rausgezogen werden.

In den Innenraum 43 des Leitradeinlaufstückes 22 ragt von unten her ein Rohrstutzen 31 ein, der an eine Rezirkulierungsleitung 32 angeschlossen ist, die von unten her abgedichtet durch den unteren Kammerboden 12 geführt ist und die auf die in der Fig. 1 gezeigten Weise an den Boden 13 der Absetzkammer 3 geführt ist. Der Anschluß an die Absetzkammer 3 bzw. die Verbindung erfolgt an der Stelle der wäßrigen Phase 7, die mög­ lichst weit von der Überströmkante 28 des Mischphasen­ wehres 2 entfernt ist. Dadurch ist die untere Ansaug­ seite 39 des Pumpenrades 4 zur Rezirkulation an die Absetzkammer 3 angeschlossen.

Funktionsbeschreibung

Die zu vermischenden Phasen 5, 6 und 7 strömen der Mischkammer 1 seitlich über Überlaufwehre 37 und 38 zu. Diese Wehre 37, 38 stellen die Abgrenzung zu den links bzw. rechts angrenzenden Absetzkammern der bei­ den Nachbarstufen 35 und 36 bei einem mehrstufigen Appa­ rat dar. Die beiden Flüsse (Flußverhältnis organisch zu wäßrig ca. 1 : 40) durchströmen die unter der Mischkammer 1 befindlichen Vorkammern 10 und 11 und werden durch die Pumpwirkung des Mischpumpenrades 4 angesaugt. Gleich­ zeitig mit diesen Feedströmen wird über die Rezirkulie­ rungsleitung 32 ebenfalls durch die Pumpwirkung des Rades 4 soviel wäßrige Phase vom Ende der zugehörigen Absetz­ kammer 3 angesaugt, daß die Anteile organische und wäß­ rige Phase in der Mischkammer gleichgroß sind. Die drei Ströme 5, 6 und 7 werden vom Mischpumpenrad 4 dispergiert und durch das umschließende Leitrad 20 in radialen, schräg gegen den Mischkammerboden 9 gerichteten Strom­ bahnen in die Mischkammer befördert. Zusätzlich wird von der Oberseite des Mischpumpenrades 4 bereits koaleszierende Mischphase angesaugt, nochmals disper­ giert und durchströmt entlang dem in der Fig. 1 dar­ gestellten ringförmigen Stromfaden 33 zum wiederholten Male die Mischkammer 1. Der Durchsatz an Mischphase durch die Mischpumpeneinrichtung beträgt dadurch ein Mehrfaches der Menge der von unten in die Mischkammer 1 gelangten Ströme. Die Menge Mischphase, welche über das Mischphasenwehr 2 in die Absetzkammer 3 strömt, entspricht zwangsläufig den Strömen, die der Mischkam­ mer 1 zuströmen. In der Absetzkammer 3 trennt sich die Mischphase in die Einzelphasen 5, 6 und 7 auf und wird in drei Ströme geteilt. Der organische Strom läuft über ein Wehr in die Mischkammer der in Flußrichtung des organischen Gegenstromes liegenden Nachbarstufe. Der der Feedmenge entsprechende Anteil an wäßriger Phase strömt ebenfalls über ein Wehr in die Mischkammer der entgegengesetzten Nachbarstufe. Die verbleibende Menge wäßriger Phase wird über die Rezirkulierung in die Mischkammer zurückgeführt.

Claims (6)

1. Mischeinrichtung zum Vermischen verschiedener Flüssigkeiten, mit einer Absetzkammer, mit einer Mischkammer, die durch ein Wehr bestimmter Höhe gegenüber der Absetzkammer getrennt ist, mit einer Ansaugkammer, die unterhalb der Mischkammer angeordnet ist, die von dieser durch eine im wesentlichen horizontale Wand getrennt ist und über welche die zu vermischenden Flüssigkeiten angesaugt werden, wobei der Boden der Ansaugkammer und der Boden der Absetzkammer im wesentlichen in einer Ebene liegen, mit einem in der Mischkammer angeordneten Pumpenrad, das an einer vertikalen antreibbaren Welle befestigt ist, und mit einer Öffnung in der Wand, durch die das Pumpenrad stirnseitig die zu vermischenden Flüssigkeiten ansaugt und radial aus­ trägt, dadurch gekennzeichnet, daß das Pumpenrad (4) eine horizontale Trennwand (16) aufweist, an der oben und unten Schaufeln (14, 15) angeordnet sind, so daß das Pumpenrad von oben und von unten axial Flüssigkeit ansaugt und diese radial austrägt, daß ein fest­ stehendes Leitrad (20) das Pumpenrad an dessen Umfang umgibt, das im wesentlichen radial verlaufende Kanäle (19) aufweist, wobei die vom Pumpenrad abströmende Flüssigkeit die Kanäle durchströmt, und daß ein rohrförmiges Leitradeinlaufstück (22) vorgesehen ist, das das Leitrad an dessen Einströmseite mit der Öffnung (8) in der Wand verbindet.

2. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (23) der radialen Kanäle (19) des Leitrades (20) gegen den Boden (9) der Mischkammer (1) hin geneigt sind.

3. Mischeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Leitrad (20) ein Leit­ radaufsatzrohr (24) befestigt ist, dessen freier Innenraum (25) mit der oberen Ansaugseite (26) des Mischpumpenrades (4) korrespondiert, wobei die Antriebswelle (27) des Rades (4) durch das Rohr (24) geführt ist, und daß in Höhe der Überströmkante (28) des Mischphasenwehres (2) bzw. des Flüssigkeits­ spiegels in der Mischkammer (1) sich über eine ge­ wisse Rohrlänge erstreckende Durchbrüche (29) in der Wandung des Leitradaufsatzrohres (24) vorhanden sind.

4. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Leitrad (20), das Leitradaufsatz­ rohr (24) und das unter dem Leitrad (20) sitzende ringförmige Leitradeinlaufstück (22) baulich zu­ sammengesetzt und als Einheit nach oben aus dem auf dem Boden (9) der Mischkammer (1) angesetzten Einlaufzentrierstück (30) herausziehbar sind.

5. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in das Leitradeinlaufstück (22) zentrisch ein Rohrstutzen (31) einragt, der den unteren Boden (12) durchsetzt und der an eine unter diesem Boden (12) verlaufende Rezirkulierungs­ leitung (32) angeschlossen ist, die mit dem Innen­ raum der Absetzkammer (3), an deren Boden (13) ange­ setzt, verbunden ist.

6. Mischeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rezirkulierungsleitung (32) an der entferntes­ ten Stelle der Absetzkammer (3) - vom Mischphasen­ wehr (2) aus gesehen - angeschlossen ist.