DE3006127A1 - CONTINUOUSLY WORKING EVAPORATOR FOR CONTAMINATED LIQUIDS - Google Patents
CONTINUOUSLY WORKING EVAPORATOR FOR CONTAMINATED LIQUIDSInfo
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- G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
- G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
- G21F9/04—Treating liquids
- G21F9/06—Processing
- G21F9/08—Processing by evaporation; by distillation
Description
300612?300612?
KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Unser ZeichenKRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT Our mark
VPA 80 P 9 3 ο 4 DEVPA 80 P 9 3 ο 4 DE
Kontinuierlich arbeitende Verdampferanlage für kontaminierte Flüssigkeiten ] Continuously working evaporator system for contaminated liquids ]
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Verdampferanlage für kontaminierte Flüssigkeiten, die aus mehreren Einzelverdampferkolonnen und Kondensatoren für die gebildeten Destillate besteht. Mit Hilfe einer derartigen Anlage können die In einer verdampfbaren Flüssigkeit, wie z.B. Wasser enthaltenen Verunreinigungen, die z.B. radioaktiver Natur sein können, von dieser getrennt werden. Eine Übersicht über den auf diesem Gebiet vorliegenden Stand der Technik gibt einen Aufsatz aus der Zeitschrift "Kerntechnik", 16. Jahrg., (1974), Nr. 4, Seiten 170-177. Hieraus ist zu entnehmen, daß die Zulauflösung ("feed") normalerweise einstufig verdampft wird und das Dampfdestillat gesammelt sowie der im Verdampfer befindliche Sudansatz solange eingedickt wird, bis eine hinreichend hohe Konzentration - Verdichtung ca. 1:1000 - erreicht ist. Anschließend wurde der restliche Sud abgeschlämmt und die Anlage erneut angefahren.The present invention relates to a continuous working evaporator system for contaminated liquids, which consists of several individual evaporator columns and condensers for the distillates formed. With With the help of such a system, the impurities contained in a vaporizable liquid such as water, which can be radioactive in nature, for example, are separated from it. An overview of the on The state of the art in this area is given in an article from the journal "Kerntechnik", 16th year. (1974), No. 4, pp. 170-177. From this it can be seen that the feed solution ("feed") normally takes place in one stage is evaporated and the steam distillate is collected and the The brewing mixture located in the evaporator is thickened until a sufficiently high concentration - compression approx. 1: 1000 - is reached. The remaining brew was then drained off and the plant started up again.
Es handelt sich also um einen diskontinuierlichen Betrieb, die Anlage wird "batchweise" gefahren.It is therefore a discontinuous operation, the system is run "batchwise".
Bei nicht ausreichende» Dekontaminationsgrad mußte das Destillat erneut verdampft werden, der erreichbare mittlere Dekontaminationsgrad war jedoch bei radioaktiven Abwässern immer noch so schlecht, daß die Destillate nur kontrolliert über Vorfluter den normalen Abwässern beigemischt werden konnten. Ausreichend niedrige Dekontami-If the degree of decontamination was insufficient, the distillate had to be evaporated again, the average achievable However, the degree of decontamination in the case of radioactive wastewater was still so bad that the distillates were only checked could be added to the normal sewage via receiving waters. Sufficiently low decontamination
MU 2 Ant / 12.2.1980MU 2 Ant / February 12, 1980
130034/06 OA130034/06 OA
VPA 80 P 9 3 0 4 OEVPA 80 P 9 3 0 4 OE
nationsfaktoren lassen sich demnach nur mit Hilfe einer Reihenschaltung verhältnismäßig großer Verdampferkolonnen erreichen, was einen hohen apparativen Aufwand bedeutet, die dafür benötigte Energie ist außerdem nicht unerheblich.nation factors can only be determined with the help of a A series connection of relatively large evaporator columns, which requires a lot of equipment means that the energy required for this is also not irrelevant.
Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Konzeption für Verdampferanlagen zu finden, die von der Anlagenseite, aber auch von der Energieseite her wesentlich günstiger zu stehen kommt, bei gleichzeitiger Erreichung eines ausreichend hohen Dekontaminationsgrades.The task was therefore to find a concept for evaporator systems, which from the system side, but also from the energy side is much cheaper, while at the same time achieving one sufficiently high degree of decontamination.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemfiß durch eine Verdampferanlage gelöst, bei der mehrere Verdampferkolonnen nacheinander in den Strömungsweg der zu dekontaminierenden Flüssigkeit eingeschaltet sind, eine Rückführung jener kondensierten Destillate aus den dem ersten Verdampfer nachgeschalteten Verdampfern in den jeweils vorgeschalteten Verdampfer vorgesehen ist und das kondensierte Destillat des ersten Verdampfers einer weiteren Nutzung bzw. einer Weiterleitung als praktisch kontaminationsfreier Abfall zur Verfügung steht. An die letzte Verdampferkölonne kann dabei eine Volltrocknungsanlage für den an Kontaminationsstoffen bereits stark angereicherten Sud nachgeschaltet werden.According to the invention, this object is achieved by an evaporator system solved, in which several evaporator columns one after the other in the flow path of the to be decontaminated Liquid are turned on, a recirculation of those condensed distillates from the evaporators connected downstream of the first evaporator into the respective upstream evaporators Evaporator is provided and the condensed distillate of the first evaporator a further use or one Forwarding as practically contamination-free waste is available. To the last evaporator column A full drying system can be installed downstream for the brew that is already heavily enriched in contaminants will.
Die Vorteile dieser neuen Verdampferanlage gegenüber einer solchen nach dem alten Prinzip sind Insbesondere dann, wenn aus Gründen der Destillatqualität eine Doppelverdampfung des Destillates stattfinden muß, folgende:The advantages of this new evaporator system over one based on the old principle are in particular If, for reasons of the quality of the distillate, a double evaporation of the distillate has to take place, the following:
130034/0604130034/0604
VPA 80 P 9 3 G 4 DEVPA 80 P 9 3 G 4 DE
Geringere Investitionskosten, da die Folgeverdampfer nur sehr klein sind.Lower investment costs as the subsequent evaporators are only very small.
Kleinere spezifische Heizleistung, niedrigere Sudkonzentration in den ersten großen Stufen.Lower specific heating output, lower brew concentration in the first large stages.
Insgesamt kleinere Apparate gegenüber einer Doppelverdampferanlage in Destillatreihenschaltung (siehe Fig. 4 der genannten Literaturstelle) mit entsprechenden Einsparungen bei den Investierungskosten und in den Bauvolumina. Overall smaller apparatus compared to a double evaporator system in distillate series connection (see Fig. 4 of the cited reference) with corresponding Savings in investment costs and construction volumes.
Gleichbleibende Qualität des Endproduktes durch Vermeidung des batchbetriebes.Consistent quality of the end product through avoidance of batch operation.
Zur weiteren Veranschaulichung dieser neuen Verdampferanlage wird auf die Fig. 1 und 2 verwiesen. Die Fig. 1 stellt eine Verdampferanlage des bekannten Prinzips dar, die Fig. 2 dagegen eine Verdampferanlage nach dem Prinzip dieser Erfindung. Entsprechende Bauteile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. So bedeuten:To further illustrate this new evaporator system reference is made to FIGS. 1 and 2. Fig. 1 shows an evaporator system of the known principle is, the Fig. 2, however, an evaporator system according to the Principle of this invention. Corresponding components are provided with the same reference symbols in both figures. So mean:
A « Zulaufaenge, z.B. des kontaminierten WassersA «Inlet volume, e.g. of the contaminated water
a » Zulaufkonzentrationa »feed concentration
B » Dampf- bzw. DestillatmengeB »Amount of steam or distillate
b » Destillatkonzentrationb »distillate concentration
DK « DekontaminationsfaktorDK «Decontamination factor
S » Sudvolumen » Volumen der im Verdampfer erhitztenS »brew volume» volume of the heated in the evaporator
FlüssigkeitsmengeAmount of liquid
D - DestillatD - distillate
130034/060A130034 / 060A
VPA 80 P 9 3 0VPA 80 P 9 3 0
Die Indizes beziehen sich auf die Verdampferkolonne 1, 2 bzw. 3.The indices refer to the evaporator column 1, 2 or 3.
Logischerweise ist der Sudablauf des Verdampfers 1 gleich der Zulauf dem Zulauf A2 des Verdampfers 2 usw.Logically, the brew outlet of evaporator 1 is the same as the inlet to inlet A 2 of evaporator 2, etc.
Di· Fig. 1 zeigt nun eine einstufige Verdampferanlage nach dem bekannten Prinzip. Die Verdampferkolonne ist mit V bezeichnet, der Zulauf mit A1, dessen Konzentration beträgt a.^. Er wird solange in die Kolonne V eingespeist, bis das gewünschte Sudvolumen S erreicht ist, das nun mit Hilfe der Heizung H zum Kochen gebracht wird. Die Dampfmenge B^ mit der Konzentration b^ gelangt zum Kondensator K1 und verläßt diesen als Destillat D^. Dieses Destillat hat nur noch eine geringe Kontamination und muß evtl. noch einer weiteren derartigen Verdampf er stufe zugeführt werden, damit das Enddestillat entweder weiterverarbeitet oder zum normalen Abwasser gegeben werden kann. Die Verdampfung des Kolonneninhaltes S wird dabei soweit getrieben bis der Restsud A2 mit relativ hoher Konzentration a2 der verunreinigenden Stoffe abgelassen und als Abfall gesichert gelagert werden kann.1 now shows a single-stage evaporator system based on the known principle. The evaporation column is denoted by V, the feed with A 1 , the concentration of which is a. ^ . It is fed into the column V until the desired brew volume S is reached, which is now brought to the boil with the aid of the heater H. The amount of steam B ^ with the concentration b ^ reaches the condenser K 1 and leaves it as distillate D ^. This distillate has only a low level of contamination and may have to be fed to another such evaporator stage so that the final distillate can either be further processed or added to normal waste water. The evaporation of the column contents S is driven so far until the remaining stock A 2 with a relatively high concentration a 2 of the contaminating substances can be drained and stored safely as waste.
Die in Fig. 2 dargestellte Verdampferanlage nach dieser Erfindung besteht aus drei Stufen I, II und III, bei denen die Sudvolumina S^, S2 und S» hintereinander geschaltet sind und kontinuierlich durchströmt werden. Die Verdampferkolonnen 2 und 3 sind wesentlich kleiner als Jene der Stufe I, da das Sudvolumen durch den Verdampfungsvorgang in den vorhergehenden Stufen jeweils stark abnimmt.The evaporator system according to this invention shown in FIG. 2 consists of three stages I, II and III, in which the brew volumes S ^, S 2 and S »are connected in series and flow through them continuously. The evaporation columns 2 and 3 are much smaller than those of stage I, since the brew volume decreases sharply in each of the preceding stages due to the evaporation process.
130034/0604130034/0604
- -S— VPA 80 P 9 3 0 k DE- -S- VPA 80 P 9 3 0 k DE
Die erste Stufe I entspricht zunächst der Einrichtung nach Fig. 1 mit dem Unterschied, daß der Sudablauf zur Verdampferkolonne V^ geführt wird. Das in diese Stufe 2 entstehende Destillat D2, das mengenmäßig der verdampften Menge B^ entspricht, gelangt als Rücklauf in die Kolonne V1, wird also einer erneuten Verdampfung zugeführt. Desgleichen wird das Destillat D, aus der Stufe III bzw. der Verdampferkolonne V-, wieder dem Sudvolumen Sp der Stufe 2 zugeführt. Erst das in der Stufe III (oder auch einer höheren Stufe) enthaltene, an Verunreinigungen hoch angereicherte Restsudvolumen Sj, gelangt als Abfallkonzentrat A-L mit der Konzentration a , zu einem Nachtrockner N. Dort wird es vollkommen getrocknet, die Kontaminationsstoffe können dann einer sicheren Endlagerung in an sich bekannter Weise zugeführt werden.The first stage I corresponds initially to the device according to FIG. 1 with the difference that the brew outlet is led to the evaporator column V ^. The resulting distillate in this stage 2 D 2, the quantity of the evaporated amount of B ^ corresponds to come as reflux into column 1 V, so a re-evaporation is fed. Likewise, the distillate D from stage III or the evaporator column V- is fed back to the brew volume Sp of stage 2. Only the residual brew volume Sj contained in stage III (or a higher stage), which is highly enriched in impurities, reaches an after-dryer N as waste concentrate AL with concentration a are supplied in a known manner.
Die eingangs geschilderten Vorteile einer Verdampferanlage nach Fig. 2 gegenüber dem Bekannten nach Fig. 1 ergeben sich aus folgenden theoretischen Betrachtungen. 20The advantages of an evaporator system according to FIG. 2, as described at the outset, compared to the known ones according to FIG. 1 result from the following theoretical considerations. 20th
Verdampferanlagen nach Fig. 1:Evaporator systems according to Fig. 1:
Die zeitabhängige Sudkonzentration bestimmt sich aus nachstehender Differentialgleichung. 25The time-dependent brew concentration is determined from the differential equation below. 25th
j/ igty / igt
i bedeutet die Destillatkonzen-1 \{% i means the distillate concentration 1 \ {%
dt Ί dt Ί
tration ; ■„■:' -3tration ; ■ "■: '-3
b« » DK . ao b «» DK. a o
1 3003A/060A1 3003A / 060A
■V■ V
vpa 80 P 9 3 0 4 QEvpa 80 P 9 3 0 4 QE
Unter Berücksichtigung der entsprechenden Randbedingungen für t « O bestimmt sich die zeitabhängige Konzentration im Sud S mit der Konzentration a2.Taking into account the corresponding boundary conditions for t «O, the time-dependent concentration in the brew S is determined by the concentration a 2 .
a9 » Ka1 B1- DK-A1 a-) e + A„ a. /a 9 »Ka 1 B 1 - DK-A 1 a-) e + A„ a. /
O1 Λ JO 1 Λ J
und das Verhältnis von Sudkonzentration zu Zulaufkonzentration zuand the ratio of brew concentration to feed concentration to
DKDK
a2 1 Γ , " H^* -a - 1. · 1 - (1-DK) . e 5 / a 2 1 Γ, " H ^ * -a - 1. · 1 - (1-DK). e 5 /
a-l DK L J al DK L J
Der Mittelwert der Konzentration im Destillat beträgt somitThe mean value of the concentration in the distillate is Consequently
b1 > dtb 1 > dt
J V-dt J V- dt
und durch Ausintegration in den Grenzen von 0 bis t erhält man für die Konzentration des Destillates alsand through integration within the limits from 0 to t, the concentration of the distillate is obtained as
Mittelwert
25Average
25th
JS. tJS. t
ηη ίί
Damit kann für die Verdampferanlage nach altem Prinzip die zeitabhängige Sudkonzentration sowie der Mittelwert der Konzentration im Destillat bestimmt werden (siehe das spätere Zahlenbeispiel).This means that the old principle can be used for the evaporator system the time-dependent brew concentration and the mean value of the concentration in the distillate can be determined (see the later numerical example).
13 0 0 3 4/060413 0 0 3 4/0604
■I■ I
80 P 3 3 0 h DE80 P 3 3 0 h DE
Im Gegensatz zu dieser Verdampieranlage arbeicet nach Fig. 2 kontinuierlich. Daher sind nur die Gleichgewichtszustände zu betrachten, &o daß diese Kaskadenschaltung durch folgende Gleichungen beschrieben wird: 5In contrast to this evaporation system, according to FIG. 2, it works continuously. Hence, only the states of equilibrium are to consider, & o that this cascade connection is described by the following equations: 5
Verdampferanlage I A1" ai + B2>1:)2 " B1" *Ί + A2^a2 Evaporator system I A 1 " a i + B 2 > 1 :) 2" B 1 "* Ί + A 2 ^ a 2
Ij1- DF -a2 Ij 1 - DF -a 2
Ai + B, ■ B1 t'A, Ί ' 'Ai + B, ■ B 1 t'A, Ί ' '
Verdampferanlage II A2^a2 + B,*b» « B2"b2 + A,· a.Evaporator system II A 2 ^ a 2 + B, * b »« B 2 "b 2 + A, · a.
A ab* aab A a b * a from
Für eine nimerische Auswertung dieser Gleichungen für eine Verdau ipf eranlage nach Fig. 1 bzw. 2 werden folgende Annahmen gemacht, die durch entsprechende Einhaltung der Destillations- bzw. Durchlaufzeiten durch die einzelnen Kolonnen erreicht werden:For a numerical evaluation of these equations for a digestion system according to Fig. 1 and 2 are the following Assumptions made by the respective compliance with the distillation or throughput times by the individual Columns can be reached:
13QQ34/06QA13QQ34 / 06QA
BAD; ORIGINAL ; -;BATH; ORIGINAL; -;
VPA 80 P 9 3 0 4 DE 3500 /kg/h7VPA 80 P 9 3 0 4 DE 3500 / kg / h7
a^ ίο 'a ^ ίο '
βρ am Ende des diskontinuierlichen Betriebesβρ at the end of discontinuous operation
DK 10~5 DK 10 ~ 5
S 1000S 1000
A2 350A 2 350
Aab 3,5A from 3.5
Unter Anwendung dieser Zahlenwerte ergeben sich als Gleichgewichtskonzentrationen bzw. Mittelkonzentrationen derUsing these numerical values results in equilibrium concentrations or mean concentrations of
Verunreinigungen im Destillat folgende Werte: 15Impurities in the distillate have the following values: 15
Verdampferanlage nach Fig. 1 (alte Konzeption):Evaporator system according to Fig. 1 (old concept):
5 x5 x
Verdampferanlage nach Fig. 2 (neue Konzeption):Evaporator system according to Fig. 2 (new design):
1Ό7 /l/kgj1Ό 7 / l / kgj
Dies bedeutet, daß eine Verdampferanlage, die nach dem Vorschlag dieser Erfindung aufgebaut ist, einen um etwa 50-fach höheren Dekontaminationsgrad erbringt als eine Anlage aus dem erwähnten Stand der Technik.This means that an evaporator system that is after Proposal of this invention is constructed, provides an approximately 50 times higher degree of decontamination than one System from the state of the art mentioned.
Abschließend sei erwähnt, daß eine erfindungsgemäße Dekontaminationsanlage selbstverständlich auch aus einer höheren Anzahl von Verdampferstufen aufgebaut sein kann, wobei die nächstfolgende stets kleiner als die vorhergehende gehalten ist und somit auch geringere Heizleistungen benötigt.Finally it should be mentioned that a decontamination system according to the invention can of course also be built up from a higher number of evaporator stages, the the next one is always kept smaller than the previous one and thus also requires lower heating power.
130034/0604130034/0604
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
Ir-"Ir- "
VPA 80 P 9 3 0 4 DEVPA 80 P 9 3 0 4 DE
Dies außerdem auch deswegen, weil die Zulaufmenge sich praktisch bereits auf Siedetemperatur befindet und von der Jeweiligen Heizeinrichtung nur noch die Verdampfungswärme geliefert werden muß.This is also because the feed quantity is practically already at the boiling point and only the heat of evaporation has to be supplied by the respective heating device.
2 Figuren2 figures
2 Patentansprüche2 claims
130034/0604130034/0604
BAD, ORIGINALBATHROOM, ORIGINAL
- 11 - VPA 80 P93 04 DE- 11 - VPA 80 P93 04 DE
Kontinuierlich arbeitende Verdampferanlage für kontaminierte Fküssigkeiten Continuously working evaporator system for contaminated liquids
Mehrere Verdampferkolonnen sind nacheinander in den Strömungsweg der zu cekontaminierenden Flüssigkeit einge schaltet. Dae den Jeweiligen Verdampfer verlassende kontaminierte Destillat wird in die vorgeschaltete Verdampferstufe zurückgeführt.Several evaporator columns are switched one after the other into the flow path of the liquid to be contaminated. D e a respective evaporator leaving contaminated distillate is recycled in the upstream evaporator stage.
FIG. 2FIG. 2
130034/0604130034/0604
BAD ORIGINALBATH ORIGINAL
■Al■ Al
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| OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |