DE2941608A1 - Extraktionskolonne fuer spalt- und/oder brutstoffe - Google Patents
Extraktionskolonne fuer spalt- und/oder brutstoffeInfo
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Description
29A1608
79 216 KN
NUKEM GmbH.
6^ Hanau 11
6^ Hanau 11
Extraktionskolonne für Spalt- und /oder Brutstoffe.
Die Erfindung betrifft eine Extraktionskolonne für
Spalt- und /oder Brutstoffe, insbesondere für die Wiederaufarbeitung von abgebrannten Brennelementen,
mit einem Pulsationsmechanismus.
Die Pulsation der Kolonne kann dabei hydraulisch und die Zugabe des Extraktionsmittels in Form einer
Dispersion in gleichmässiger Verteilung über den Querschnitt der Kolonne vorgenommen werden. Die
Hydraulikflüssigkeit wird dabei über 2 Sperrschichten so geführt, dass normale Pulsationspumpen kontaminationsfrei,
z.B. ausserhalb einer heissen Zelle, eingesetzt werden können.
In der Nukleartechnik, besonders bei der Viederaufarbeitung
von abgebrannten Brennelementen, wird die Reinigung von Uran und Plutonium durch Flüssig-Flüssig-Extraktion
in gepulsten Kolonnen vorgenommen.
130017/0393
, 79 216 KN
Um den Einbau von bewegten Teilen, wie Pulsationspumpen, in heissen Zellen zu vermeiden, werden die
Kolonnen normalerweise durch Luftstösse (50 bis
r>
I00 m /h) gepulst, die beim Austreten aktive Aerosole
mitreissen. Zu deren Beseitigung sind aufwendige Abluftreinigungskolonnen erforderlich. Weiterhin gibt
es Schwierigkeiten, insbesondere bei grossen Kolonnendurchmessern,
die am Fussende der Kolonne einzuspeisende organische Extraktionsmittellösung, z.B. 3°^
TBP (Tributylphosphat) und 7o% Dodekan, während der Pulsierung gleichmässig über den Querschnitt aufzugeben.
Zusätzlich bedingen alle Einspeisestellen am Unterteil der Kolonnen eingeschweisste Zuführungsrohre, deren
Schweissnähte durch Korrosion und Pulsation stärker beansprucht werden, als die glatten Kolonnenteile
und daher Schwachstellen in der Kolonnenkonstruktion bilden.
Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Extraktionskoloniie für Spalt- und /oder Brutstoffe,
insbesondere für die Viederaufarbeitung von abgebrannten Brennelementen, mit einem Pulsationsmechanismus
zu finden, bei der während der Pulsation keine aktiven Aerosole entstehen und bei der im Unterteil
möglichst keine angeschweissten Zu-, Ab- und Pulsationsstutzen notwendig sind, die durch Korrosion
der Schweissnähte und /oder Spannungsrissbildung durch die Pulsation eine Schwachstelle der Kolonne
darstellen könnten.
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Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst,
dass die Kolonne ein zentrales, mit Extraktionsmittel gefülltes Rohr enthält, das über einen nach dem Prinzip
der kommunizierenden Röhren miteinander verbundenen mehrteiligen Sperrflüssigkeitsbehälter mit einer
Pulsierpumpe verbunden ist.
Erfindungsgemäss wird in die Extraktionskolonne ein
Ό zentrales Rohr eingeführt, durch welches von oben die Pulsation und die Einspeisung des Extraktionsmittels
vorgenommen werden, wobei die Pulsation nicht mehr durch Luftstösse, sondern durch eine Pulsationspumpe
erzeugt wird, die über einen Sperrflüssigkeitsbehälter
'5 mit 2 Sperrphasen inaktiv ausserhalb der heissen Zelle
betrieben werden kann.
Die Abbildung zeigt schematisch eine beispielhafte
Ausführungsform der erfindungsgemässen Kolonne. In
™ der Kolonne (i), versehen mit den Zu- und Ableitungen
der verschiedenen Flüssigkeiten, beispielsweise Feedlösung (zu extrahierende Lösung) und Raffinat,befindet
sich ein zentrales Einleitrohr (2), durch welches die Einspeisung des Extraktionsmittels und die Pulsation
mittels Pulsationspumpe (k) vorgenommen werden. Um
die Herausnahme der Pulsationspumpe (k) aus der heissen
Zelle hinter die Betonwand (5) zu ermöglichen, wird ein mehrteiliger Sperrflüssigkeitsbehälter (6) mit
beispielsweise zwei Hydraulikzylindern zwischengeschaltet. Im kommunizierenden Teil (7) der verbundenen
Hydraulikzylinder befindet sich als schwere Sperrflüssigkeit beispieleweise Wasser. In den mit der
Kolonne (1) verbundenen Teil (8) wird das Extraktionsmittel, beispielsweise Dodekan mit 3o% TBP (Tributylphosphat)
eingespeist, das mit Wasser nicht mischbar ist und eine Phasengrenze bildet.
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- 6 79 216 KN
Da dieses Extraktionsmittel aus der Extraktionsmittelwäsche
kommen kann und weitgehend spaltstofffrei ist, wird auch eine Rückdiffusion von Spalt-
** stoff aus der Extraktionskolonne verhindert.
Im mit der Pumpe verbundenen Teil (9) wird beispielsweise
reines Dodekan bis zur Pulsationspumpe (k) verwendet,
das nur als Verdünnungsmittel des Extraktionsmittels TBP dient, mit der Sperrflüssigkeit nicht
'^ mischbar ist und allein keinen Spaltstoff aufnehmen
kann. Vorzugsweise wird das Extraktionsmittel in die Kolonne (i) über den Behälterteil (8) und das zentrale
Rohr (2) zugeführt.
'^ Im unteren Teil der Kolonne (3) wird das zentrale
Einspeis/Puleationsrohr (2) vorzugsweise mit einer Erweiterung (io) versehen, so dass die Pulsationsschwankungen
und die Wanderung der Phasengrenze nur in diesem erweiterten Teil (io) stattfindet. Durch
Einbau gleicher Siebboden (11) wie in der Kolonne (i)
in das Einspeisrohr (2) bezw. der Erweiterung (io) wird das eingespeiste Extraktionsmittel mit Aufsteigen
der wässrigen Phase durch Dispersion in dieser verdünnt, was die Verteilung des Extraktionsmittels beim
Ausströmen über den Überlaufrand (lh) zusätzlich verbessert
.
Das Volumen der Erweiterung (io) ist vorteilhafterweise
grosser als das Pulsvolumen der Kolonne (i). Der unterste Siebboden (15) in der Erweiterung (io)
besitzt bis zum Überlaufrand (i*t) vorzugsweise nur
den halben Abstand wie die Siebboden (ii) untereinander.
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Bei genügend dicken Kolonnen lässt sich auch der letzte Stutzen (12) am Unterteil (3) der Kolonne (3)
r ersetzen, wenn durch das zentrale Rohr (2) ein Abzugsrohr (13) eingeführt wird, durch welches man die
wässrige (schwerere) Phase vom Boden der Kolonne abziehen kann.
in Dieses Pulsationsprinzip ist auch anwendbar bei
Kolonnen mit zentralen Neutronenabsorberstäben, gemäss Patentanmeldung P 29 23 87o.8. Solche Absorberstäbe
können bei grösseren Durchmessern in der Mitte frei von Neutronengift sein, weil obmehin
nur eine gewisse Schichtdicke des Neutronengiftes wirksam ist und absorbiert. Der Einbau eines zentralen
Einspeis/Pulsationsrohr in den Absorberstab ist deshalb bei nicht zu kleinen Kolonnen möglich.
Die erfindungsgemässe Kolonne kann auch zum Extrahieren
von Spaltprodukten verwendet werden.
Folgende Beispiele sollen die erfindunsgemässe Vorrichtung
näher erläutern:
1 3 0 0 1 7 / 0 3 9.3
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-δ-79 216 KN
Beispiel 1:
Eine Extraktionskolonne mit erweiterten Absetzkammer™
am Kopf- und Fussende hat bei einem Anreicherungsgrad
von y/o an 235 Uf bezogen auf Uranylnitrat, eine sichere
Nennweite in den erweiterten Kopf- und Fußstücken von 49»2 cm und im Mittelteil von 28,4 cm. Bei Nonnaldurchsatz
ist zum Pulsieren ein Pulsvolumen von 1,4 l/Hub
'0 erforderlich. Das zentrale Pulsationsrohr (2) ist
hier mit NW ko anzusetzen, die Erweiterung (io) im
Fußteil (3) wird auf NW I00 angesetzt mit einer Länge von 25 cm. Dieses erweiterte Pulsrohrstück (ίο) hat ein
Volumen von 1,9 1| während das Pulsvolumen nur 1,4 l/
'5 Hub beträgt. In diesem NW 1oo-Erweiterungsteil (io)
sind 3-** Siebboden gleicher Metallstärke und Lochgrösse
mit gleichem Abstand wie im Kolonnenteil (i) angeordnet, wobei der unterste Siebboden nur den halben Siebbodenabstand
vom Überlaufrand (i4) hat. Die hydraulischen
Kammern ( 8 und 9) müssen mindestens je 6 Liter aufnehmen können, d.h. 2 Zylinderrohre NW I50 mit ko cm
Höhe, die am Boden über ein Rohr von NW ko verbunden sind, müssen für die Ausbildung der Trennschichten
vorgesehen werden. Regelbare Pulsationspumpen mit einem Arbeitspunkt von 1,4 l/Hub sind verfügbar.
Für das Abführen der ausextrahierten wässrigen Lösung genügt ein Rohr (13) von NV 1o, das sich zentral im
Pulsrohr (2) befindet.
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- 9 79 216 KN
Eine Extraktionskolonne für einen Durchsatz von 8 t/d an Uran in Form von Uranylnitrat mit einer Anreicherung
von kjo 235-U ist nur mit einem Neutronenabsorberstab
kritisch sicher. Sie hat etwa folgende Massei
Kolonnenmittelteil = 580 mm Durchmesser
'0 Kopf-/Fussteil = 9^5 mm Durchmesser
Zentraler Absorberstab
im Mittelteil = 195 rom Durchmesser
im Kopf-/Fussteil = 560 mm Durchmesser
Pulsvolumen /Hub = 5,6 1 /Hub
Hier ist zentral durch den Neutronenabsorberstab ein Einspeise-Pulsrohr (2) von NV 80 einzusetzen, das sich
als Fussteil (3) auf NV 17ο erweitert und in dieser Veite eine Länge von 300 mm haben muss. Das Volumen
der unteren Erweiterung auf NW 17o beträgt 6,8 1, das
Pulsvolumen aber nur 5t6 1. Mit halbem Abstand vom
unteren Rand beginnend, sind in diesem Pulsrohr 3-h
Siebboden mit in gleicher Ausführung mit gleichem Abstand untereinander wie im Kolonnenteil (i) eingebaut,
um das eingespeiste Extraktionsmittel beim Pulsieren in der angesaugten wässrigen Phase zu dispergieren.
Die hydraulischen Kammern (8, 9) müssen je ein Volumen von 18 1 haben, beispielsweise Rundzylinder
„p. von NV 22o mit einer Höhe von 5oo mm, die am Boden
über ein Rohr von NV 80 verbunden sind. Pur das Abführen der ausextrahierten wässrigen Phase genügt ein
Rohr (13) von NV 2o, das zentral im Pulsrohr (2) angeordnet ist.
Frankfurt/Main, 8.10.1979
Dr.Br.-F
Dr.Br.-F
130017/0393
'φ-
Leerseite
Claims (1)
1. Extraktionskolonne für Spalt- und /oder Brutstoff,
insbesondere für die Viederaufarbeitung von abge-„r
brannten Brennelementen, mit einem Pulsationsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne
(i) ein zentrales, mit Extraktionsmittel gefülltes Rohr (2) enthält, das über einen nach dem Prinzip
der kommunizierenden Röhren miteinander verbundenen mehrteiligen Sperrflüssigkeitsbehälter (6) mit einer
Pulsierpumpe (k) verbunden ist.
2. Extraktionskolonne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet ,
dass sich in dem zentralen Rohr (2) nc weitere Rohre (13) zur Abführung der schwereren
Phase aus der Kolonne (1) befinden.
-Z-
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3· Extraktionskolonne nach Anspruch 1 und 2, dadurch
gekennzeichnet, dass das zentrale Rohr (2) im Unterteil
(3) der Kolonne (i) eine Erveiterung (io)
~* besitzt und Siebboden (11) enthält.
k. Extraktionskolonne nach Anspruch 1 bis 3» dadurch
gekennzeichnet. dass das Volumen der Erweiterung
(io) grosser als das Pulsvoluraen der Kolonne (1)
ist und der unterste Siebboden (15) der Erweiterung (io) den halben Abstand zum Überlaufrand (i4) besitzt
wie die Siebboden (11) untereinander.
5. Extraktionskolonne nach Anspruch 1 bis h, dadurch
gekennzeichnet, dass der mehrteilige Sperrflüssigkeitsbehälter
(6) im kommunizierenden Teil (7) eine mit dem Extraktionsraittel nicht mischbare Sperrflüssigkeit,
im mit der Kolonne (i) verbundenen Teil (8) Extraktionsmittel und im mit der Pumpe (U)
verbundenen Teil (9) eine mit der Sperrflüssigkeit und den Spalt- und /oder Brutstoffen sich nicht
mischbare bezw. verbindbare Flüssigkeit enthält.
Ffm., den 8.I0.1979
FB PAT/Dr.Br-F
FB PAT/Dr.Br-F
1 30017/0393
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