DE2933368C2 - Probenentnahmesonde zur Entnahme von Flüssigkeitsteilmengen der verschiedenen Phasen zweier nicht mischbaren Flüssigkeiten - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Einrichtung zum Messen der Dauer von Laserstrahlungsimpulsen im Pico- und Nanosekundenbereich durch Autokorrelation zweier in bezug aufeinander zeitlicher verschobener Versionen der Strahlungsimpulse wird der Strahlungsimpuls in einer Richtung verbreitert und in dieser Breitenrichtung mittels eines Beugungsgitters zunehmend zeitlich verzögert. Dieses verzögerte Strahlungsbündel wird dann in zwei Teilbündel aufgespalten, von denen das eine räumlich invertiert wird. Anschließend werden das invertierte Teilbündel und das nichtinvertierte Teilbündel in einem nichtlinearen optischen Medium unter Erzeugung der ersten Oberwelle zur Wechselwirkung gebracht. Die räumliche Verteilung der Strahlungsintensität in dem vom nichtlinearen Medium erzeugten Ausgangsstrahlungsbündel doppelter Frequenz stellt zumindest eine Hälfte der Autokorrelationsfunktion dar. Die zeitliche Auflösung ist besser als 0,5 Picosekunden. Da an das nichtlineare Medium keine hohen Anforderungen hinsichtlich der Phasenanpassung gestellt werden, läßt sich das Verfahren mit leicht verfügbaren Kristallen bei geeigneter Wahl des Kristallmaterials, der Gitterkonstante des Beugungsgitters und des optischen Nachweissystems im Wellenbereich vom Blau bis über 10 μm im Infrarot verwenden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Probenentnahmesonde zur Entnahme von Flüssigkeitsteilmengen der verschiedenen Phasen zweier nicht mischbarer Fl üssigkeiten, z. B. der organischen, der wäßrigen und der Mischphase bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen nach dem PUREX-Prozeß, wobei die beiden Phasen z. B. in einer Pulskolonne in einander entgegengesetzten Richtung von oben oder unten aufgegebsn werden, mit einem in die Flüssigkeit ragenden Entnahmerohr.

Die Erfindung befaßt sich mit der Probenahme von kontinuierlicher, disperser und Mischphase aus Flüssigkeitsgemengen zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten, zusammengefaßt in einer Sonde für den Einsatz in PuIskolonnenmischabsetzern usw. Bei einer Pulskolonne müssen demnach drei Arten vor Proben gezogen werden, die kontiniuerliche Phase (wäßrig) die disperse Phase (organisch) und letztlich auch die Mischphase beider vorhergehender Phasen. Alle drei sind rein ohne Dekantierung inline aus der pulsierenden Kolonne zu nehmen, um den Extraktionsprozeß kontrollieren zu können.

Seither war eine getrennte Probenahme der einzelnen Phasen mittels der Trichtermethode bzw. durch ein einfaches Rohr mit nachgeschaltetem Abdekantieren üblich. Diese Methoden erlauben jedoch keine saubere Trennung der kontinuierlichen und der dispersen Phase. Bei allen bekannten Geräten treten immer Verunreinigungen durch die jeweils andere Phase auf, die einen nachträglichen Stoffaustausch bewirken und somit die Probe verfälschen. Durch diesen Konzentrationsausgleich kann man keine den wirklichen Verhältnissen in der Kolonne entsprechenden echten Probeergebnisse erhalten.

Aufgabe der vorliegenden ErfinduK-j ist es nun, eine Probenentnahmesonde der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die eine saubere Trennung von kontinuierlicher und disperser Phase in einem einzigen Bauelement ermöglicht. Wichtig ist dabei, daß die Probe kontaminationsfrei fernbedient gezogen werden kann. Ebenso wichtig ist auch, daß die Sonde möglichst klein ist, daß sie den Prozeß sehr wenig stört, aus Einbaugründen möglichst rund ist und darüber hinaus leicht einbau- bzw. ausbaubar während des Betriebes sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabenstellung schlägt die hier vorliegende Erfindung vor, daß das Entnahmerohr mit einem Stopfen aus der einen Phase gegenüber als Koaleszenzhilfe wirkendem Material verschlossen ist, der in sich einen Hohlraum aufnimmt, der der Anströmrichtung besagter Phase entgegengerichtete Einströmbohrungen aufweist und in seiner Fortsetzung zum Rohranfang hin durch einen Ventilkegel aus Material mit denselben Eigenschaften wie der Stopfen von dem Rohrinnenraum abgeschlossen ist und Hohlraum bzw. seine Fortsetzung mit dem Rohrinnenraum über Bohrungen im Ventilkegel miteinander in Verbindung stehen. Von besonderem Vorteil ist, daß die eine Phase eine organische von unten her aufsteigende Phase ist, wobei sich an der unteren Seite des Stopfens eine senkrecht zur Bewegungsrichtung der organischen Tropfen gerichtete Planfläche befindet, in welcher die vertikalen Verbindungsbohrungen zum Hohlraum gelegen sind und daß der Hohlraum als Fortsetzung in einen, im Rohr hinter

dem Stopfen gelegenen Absetzraum führt, der untere und obere Querbohrungen aufweist und in dem des weiteren die kegelig angeordneten Verbindungsbohrungen münden. Zur Lösung der Aufgabenstellung schlägt die vorliegende Erfindung weiterhin vor, daß in dem Entnahmerohr ein Innenrohr kleineren Durchmessers angeordnet ist, so daß zwischen beiden Rohren ein äußerer Rohrinnenraum vorha-iden ist und daß das Innenrohr in den Ventilkegel eingesetzt ist und sein Innenraum mittels eier Verbindungsbohrungen an den Absetzraum angeschlossen ist

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin von Vorteil, daß das Sonden- bzw. Entnahmerohr aus einem der zweiten Phase gegenüber als Koaleszenzhilfe wirkenden Material besteht und an seiner, dieser Phase entgegengerichteten Seite schräg verlaufende Einlaufbohrungen für dieselbe aufweist Besonders günstig ist es, daß die zweite Phase eine wäßrige, von oben absteigende Phase ist, wobei die Einlaufbohrungen in den äußeren Rohrinnenraum der Oberseite des Rohres im Bereich zwischen Ventilkegel und Rohranfang gelegen sind und daß der, den äußeren Rohrinnenraum in einem Ventilsitz abdichtende Ventilkegel im Absetzj-aum den Ventilsitz öffnend hin- und herschiebbar ist und bei seiner Position im Ventilsitz Bohrungen im Sondenrohr verschließt Letztlich schlägt die Erfindung noch vor, daß der Ventilkegel soweit gegen den Stopfen hin verschiebbar ist, bis die Bohrungen dem äußeren Ventilinnenraum gegenüber vollständig geöffnet sind.

Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Sonde besteht nun darin, daß insbesondere die organische Phase ohne Verfälschung einwandfrei gezogen werden kann und damit echte Probeergebnisse — bezogen auf den in der Kolonne ablaufenden Prozeß — erzielt werden können. Besonders günstig ist es dabei, daß die Sonde klein, rund sowie leicht einbau- und ausbaubar ist Letztlich besteht ein wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung noch darin, daß zur Entnahme aller drei Phasen nunmehr nur noch eine Sonde für die drei Funktionen notwendig ist, die eine davon in besonders fortschrittlicher Weise erfüllt

Weitere Einzelheiten werden im folgenden anhand der Figur näher erläutert, die einen Querschnitt durch eine schematisch dargestellte Sonde zeigt:

Die Probenentnahmesonde besteht aus einem metallischen Außen- bzw. Entnahmerohr 1 z. B. aus Edelstahl, welches auf der einen Seite mit einem PTFE- oder Polyäthylenstopfen 2 verschlossen ist und auf der anderen Seite mit einem nicht dargestellten Probenabfüll- bzw. -auswertesystem verbunden ist Das Rohr 1 bzw. die gesamte Sonde ragt von der Seite her horizontal auf nicht mehr dargestellte Weise in das Verfahrensgefäß, in dem hier vorliegenden speziellen Einsatzfall in eine, nicht dargestellte senkrecht stehende Pulskolonne zur Flüssig-flüssig-Extraktion bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen nach dem PUREX-Prozeß. Derartige Kolonnen werden von oben mit der wäßrigen d. h. schweren und von unten im Gegenstrom dazu mit der organischen, d. h. leichten Phase beaufschlagt. Die wäßrige Phase enthält die aufgelösten Wertstoffe, die organische Phase bildet das Extraktionsmittel. Beide Phasen werden miteinander gepulst. Das Sondenrohr 1 wird demnach in der Kolonne von unten durch die organische Phase in Pfeilrichtung 3 und von oben durch die wäßrige Phase in Pfeilrichtung 4 angeströmt, während die aus den beiürn Phasen gemeinsam bestehende Mischphase sich praktisch um das Rohr 1 herum befindet und, abgesehen von der zur Tröpfchenbildung aufgebrachten Pulsation keine bestimmte Strömungsrichtung aufweist

Ein Teil des Stopfens 2 ist auf der Unterseite ausgeschnitten, so daß eine Planfläche 5 senkrecht zur Bewegungsrichtung 3 der organischen Tropfen entsteht, die mit einer Anzahl von vertikalen Bohrungen 6 versehen ist Diese Bohrungen 6 führen in den Hohlraum 21 im Stopfen 2, der nach Art einer Fortsetzung in den später beschriebenen Absetzraum 15 übergeht Hinter dem Stopfen 2 in Richtung Rohranfang 7 des Außenrohres 1 sitzt ein PTFE- oder Polyäthylenventilkege! 8 auf einem zum Außenrohr 1 konzentrisch angeordneten metallischen Innenrohr 9, der im Außenrohr 1 geführt wird und dieses sowohl am Umfang als auch am Ventilsitz 10 gegenüber dem äußeren Rohrinnenraum 11 abdichtet. Durch Öffnen des Ventilkegels 8 mittels Horizontalbewegung des Innenrohres 9 werden zwei große Bohrungen 12 im Außenrohr vollständig freigegeben.

Darüber hinaus besitzt der Ventilkegel 8 drei kegelig angeordnete Bohrungen 14 in den Innenraum 13 des Innenrohres 9 hin, die den Abser.'aum 15 zwischen Stopfen 2 und Stirnseite J6 des Ventilkegel 8 mit dem Innenraum 13 des Innenrohres 9 verbinden. Dieser Absetzraum 15 ist mit oberen Querbohrungen 17 und unteren Querbohrungen 20 im Außenrohr 1 versehen, die horizontal durch das Außenrohr 1 an Ober- und Unterseite symmetrisch zwischen dem Ende des Stopfens 2 und der Stirnseite 16 des Ventilkegels 8 gelegen sind. Im Außenrohr sind weiterhin noch drei weitere, schräg angeordnete Bohrungen 18 auf der Oberseite 19 derart angebracht daß sie eine Verbindung von den durch Innenrohr 9 und Außenrohr 1 gebildeten äußeren Rohrinnenraum 11 nach außen hin gestatten.

Die Funktion der Probenentnahmesonde ist nun wie folgt:

Die neue Probenahmesonde gestattet nun, sowohl Mischphase als auch organische und wäßrige Phasen getrennt aus dem Flüssigkeitsgemenge zu ziehen:

a) Mischphase:

Durch Öffnen des Ventilkegels 8 am Sitz 10 wird der Mischphase der Weg über einen relativ großen Querschnitt durch die beiden großen Bohrungen 12 im Außenrohr 1 zu dem, durch innen- und Außenrohr 1,9 gebildeten Ringkanal bzw. äußeren Rohrinnenraum 11 freigegeben, von wo sie dann durch ein geeignetes Leitungssystem in eine Probenahmeflasche abgefüllt wird. Die drei Bohrungen 18 auf der Oberseite 19 des Außenrohres 1 spielen dabei keine wesentliche Rolle, da das Flächenverhältnis große Bohrungen 12 zu den kleinen Bohrungen 18 vernachlässigbar klein ist.

b) Wäßrige Phase (kontinuierliche Phase):

Der Ventilkegel 8 ist im Sitz 10 geschlossen, dabei kann jetzt die von oben aus der Richtung 4 kommende wäßrig Phase durch die drei Bohrungen 18 auf der Oberseite 19 des Außenrohrs 1 in den äußeren Rohrinnenraum 11 einfließen und ebenfalls durch ein Leitungssystem z. B. in Fläschchen abgefüllt werden.

Das Eindringen der von unten aus Richtung 3 kommenden organischen Phase in die Bohrungen 18 wird verhindert:

1. durch die besseren Benetzungseigenschaften des metallischen Werkstoffes (hydrophil) zur wäßrigen Phase als zur organischen Phase (Koaleszenzhilfe) wodurch die organische

Phase seitlich am Rohr vorbeiläuft und
2. durch die Lage der Bohrungen 18 an der, der Tropfenaufprallfläche der organischen Phase entgegengesetzten Seite 19 des Außenrohres 1, wobei durch die Hydrophilität die wäßrige Phase leichter durch die Bohrungen 18 hindurchläuft,
c) Organische Phase (disperse Phase):

Die organische Phase wird ebenfalls bei in Sitz 10 geschlossenem Ventilkegel 8 gezogen. Die in der kontinuierlichen wäßrigen Phase in Richtung 3 aufsteigenden organischen Tropfen treffen auf die Planfläche 5 des Stopfens 2 am Anfang des Außenrohrs 1 und fließen schon teilweise an dem als Koaleszenzhilfe fungierenden PTFE (Polytetrafluoräthylen)- oder Polyäthylen zusammen und treten durch die Bohrungen 6 in den Absetzraum 15 zwischen Stopfen 2 und Ventilkegel 8 ein.

in diesem Absetzraum 15 erfolgt eine weitere Trennung der beiden Phasen, die wäßrige Phase kann durch die beiden unteren Querbohrungen 20 wieder austreten, wobei die organischen Tröpfchen zurückgehalten werden, die überflüssige organische Phase verläßt den Absetzraum 15 durch die oberen Querbohrungen 17, um eine ständige, kontinuierliche Durchströmung sicherzustellen, durch ein Eindringen von wäßriger Phase von oben verhindert wird (1. Sperre für wäßrig). Durch die drei kegelig angeordneten Bohrungen 14 in der Stirnseite 16 des Ventilkegels 8 wird nun, wieder mit Hilfe der Koaleszenzwirkung des Werkstoffes PTFE oder Polyäthylen für organische Phase, die endgültige Trennung organisch und wäßrig vorgenommen (2. Sperre für wäßrig), wobei die organische Phase durch den Innenraum 13 des Innenrohres 9 in eine Probenahmeflasche fließt.

Für Systeme mit umgekehrten Phasenverhältnissen organisch kontinuierlich und wäßrig dispers, muß die Sonde nur um !80' verdreht cmgebäüi werden und die Koaleszenzhilfe aus anderen, den Flüssigkeiten angepaßten Materialien gefertigt werden.

Hierzu ! Blatt Zeichnungen

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Claims (7)

Patentansprüche:

1. Probenentnahmesonde zur Entnahme von Flüssigkeitstellmengen der verschiedenen Phasen zweier nicht mischbarer Flüssigkeiten, z. B. der organischen, der wäßrigen und der Mischphase bei der Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen nach dem PU-REX-Prozeß, wobei die beiden Phasen z. B. in einer Pulskolonne in einander entgegengesetzten Richtungen von oben oder unten aufgegeben werden, mit einem, in die Flüssigkeit ragenden Entnahmerohr, dadurch gekennzeichnet, daß das Entnahmerohr (1) mit einem Stopfen (2) aus der einen Phase gegenüber als Koaleszenzhilfe wirkendem Material verschlossen ist, der in sich einen Hohlraum (21) aufnimmt, der, der Anströmrichtung (3) besagter Phase entgegengerichtete Anströmbohrongen (6) aufweist und in seiner Fortsetzung zum Rohranfang (7) hin durch einen Ventilkegel (8) atis Material mitäcnselben Eigenschaften wie der Stopfen (2) von dem Rchrinnenraum (Ii) abgeschlossen ist, und Hohlraum (21) bzw. seine Fortsetzung mit dem Rohrinnenraum (11) über Bohrungen (14) im Ventilkegel (8) miteinander in Verbindung stehen.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Phase eine organische, von unten her aufsteigende Phase ist, wobei sich an der unteren Seite des Stopfens (2) eine senkrecht zur Bewegungsrichtung der organischen Tropfen gerichtete Planfläche (5) befindet, in welcher die vertikalen Verbindungsbo^Ringen (6) zum Hohlraum (21) gelegen sind und daß der Hohlraum (21) als Fortsetzung in einen, im Rohr (1) hinler dem Stopfen (2) gelegenen Absetzraum (15) führt, des- untere (16) und obere (17) Querbohrungen aufweist und ^n den des weiteren die kegelig angeordneten Verbindungsbohrungen (14) münden.

3. Sonde nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Entnahmerohr (1) ein Innenrohr (9) kleineren Durchmessers angeordnet ist, so daß zwischen beiden Rohren ein äußerer Rohrinnenraum (11) vorhanden ist und daß das Innenrohr (9) in den Ventilkegel (8) eingesetzt ist und sein Innenraum (13) mittels den Verbindungsbohrungen (14) an den Absetzraum (15) angeschlossen ist.

4. Sonde nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sonden- bzw. Entnahmerohr (1) aus einem der zweiten Phasen gegenüber als Koaleszenzhilfe wirkendem Material besteht und an seiner, dieser Phase entgegengerichteten Seite schräg verlaufende Einlaufbohrungen für dieselbe aufweist.

5. Sonde nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Phase eine wäßrige, von oben absteigende Phase (4) ist, wobei die Einlaufbohrungen (18) in den äußeren Rohrinnenraum (11) an der Oberseite (19) des Rohres (1) im Bereich zwischen Ventilkegel (8) und Rohranfang (7) gelegen sind.

6. Sonde nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den äußeren Rohrinnenraum (11) in einem Ventilsitz (10) abdichtende Ventilkegel (8) im Absetzraum (15) den Ventilsitz (10) öffnend hin- und herschiebbar ist und bei seiner Position im Ventilsitz (10) Bohrungen (12) im Sondenrohr (1) verschließt.

7. Sonde nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkegel (8) soweit gegen den Stopfen (2) hinverschiebbar ist, bis die Bohrungen (12) dem äußeren Ventilinnenraum (11) gegenüber vollständig geöffnet sind.