Brevet FR2507100A1 — publié le 19821210

La présente invention concerne un agitateur pour la chambre de mélange d'un mélangeur-décanteur, de préfé- rence d'un étage d'un mélangeur-décanteur à plusieurs étages avec une chambre de mélange séparée de la chambre de décantation voisine par un déversoir de phase de mélange de hauteur déter- minée, dans laquelle agit une roue de pompage de mélange radiale dont l'axe est disposé verticalement, cette roue étant entrainée à partir du haut, et aspirant les phases à mélanger du côté frontal, par une ouverture du fond de la chambre de mélange, à partir d'autres chambres disposées au-dessous de la chambré de mélange, le fond inférieur de ces chambres et le fond de la chambre de décantation étant dans un même plan. Le but d'application de la présente invention est la séparation du tritium dans une installation de retrai- tement de matériaux combustibles nucléaires hautement radio actifs. Cette séparation a lieu au cours d'un premier cycle d'extrac- tion par échange contre de l'eau légère, de l'eau de tritium contenant un flux de produits organiques chargés en uranium et plutonium qui sont des matières de valeur On utilise pour celà le principe connu du mélangeurdécanteur La séparation dit tritium n'a pas encore été effectuée à l'heure actuelle sur une échelle industrielle Les colonnes à impulsions iour la séparation du tritium présentent certains inconvénients par suite de propriétés déterminées, qui ne permettent pas d'envi- sager leur utilisation sous un jour favorable. La présente invention a pour but de créer un agitateur pour mélangeurdécanteur présentant le rendement le plus élevé possiblq Un d'autres termes, le mélangeur-décanteur doit obtenir dans la chambre de mélange un rapport des phases de 1: 1 environ entre la phase des produits organiques et la phase de lavage ainsi qu'un mélange ayant la plus grande homo- généité possible dans l'ensemble de la chambre de mélange. Afin de réduire le plus possible les pertes en éléments radio-actifs liquides lors du retraitement de matériaux combustibles nucléaires irradiés, il faut que le liquide de lavage utilisé pour la séparation du tritium n'atteigne qu'une faible fraction de la solution de produits organiques à épurer. C'est pourquoi il est nécessaire de prévoir une recirculation de la phase de lavage à partir de l'extrémité de la chambre de décantation avec retour dans la chambre de mélange correspon- dante Il faut pour celà un appareillage de pompage remplis- sant les conditions de la technique nucléaire en ce qui concerne l'absence d'entretien et la disposition de la commande d'entraînement à l'extérieur de la cellule Enfin, il faut assurer une dispersion uniforme des deux phases également dans les zones de parois et les angles de la chambre de mélange. L'invention concerne à cet effet un agitateur du type ci-dessus caractérisé en ce que la roue de pompage de mélange radiale est réalisée à deux flux, c'est-à-dire avec aspiration axiale et refoulement radial séparés en haut et en bas, les aubes qui agissent respectivement en haut et en bas étant séparées par une cloison horizontale, en étant cependant ouvertes en direction radiale, des conduits radiaux communs d'une couronne directrice fixée dans la chambre de mélange étant disposés autour du pourtour de la roue ou autour des ouvertures supérieures et inférieures des aubes, l'ouverture d'entrée de cette couronne directrice étant raccordée aux autres chambres au moyen d'une pièce d'entrée tubulaire de la couronne directrice. L'invention propose en outre que les axes des conduits radiaux de la couronne directrice soient inclinés vers le fond de la chambre de mélange et qu'un tube rapporté soit fixé sur la couronne directrice, le volume intérieur libre de ce tube étant relié au côté d'aspiration supérieur de la roue de pompage de mélange, l'arbre d'entraînement de la roue étant guidé à travers le tube et des passages étant ménagés dans la paroi du tube rapporté de la couronne directrice au niveau de l'arête déversante du déversoir de phase de mélange, c'est-à- dire auniveau du liquide dans la chambre de mélange, ces pas- sages s'étendant sur une longueur déterminée du tube. Il est en outre proposé que la couronne direc- trice, le tube rapporté de la couronne directrice et la pièce d'entrée annulaire de la couronne directrice montée sous la couronne directrice soient réunis en un ensemble de construction et puissent tre sorties vers le haut en tant qu'unité à partir de la pièce de centrage d'entrée appliquée sur le fond de la chambre de mélange. Enfin il est encore proposé qu'une tubulure pénètre coaxialement dans la pièce d'entrée de la couronne directrice, cette tubulure traversant le fond inférieur et étant raccordée à une conduite de recirculation passant pous ce fond, cette conduite étant reliée au volume intérieur de la chambre de décantation en étant appliquée sur son fond et étant raccordée à la partie la plus éloignée de la chambre de décan- tation, en se référant au déversoir de phase de mélange. Avec un agencement de ce type, l'écoulement arrive sur le fond, il est dévié par celui-ci et s'élève sur les parois de la chambre de mélange après s'être écoulé dans les angles inférieurs Par l'action d'aspiration du c 8 té supérieur de la roue de pompage de mélange, une partie de la phase de mélange revient à proximité de la surface dans le dispositif de mélange et de pompage et elle est redistribuée et refoulée dans la zone de fond à travers la couronne directrice Il se produit ainsi un écoulement de circulation forcée dont les lignes de courant suivent la forme d'un tore La quantité de phase de mélange correspondant au flux d'entrée dans la chambre de mélange s'écoule dans la chambre de décantation en passant sur le déversoir de phase de mélange. Les avantages particuliers de la présente inven- tion consistent avant tout dans la possibilité de pompage de flux importants de liquide en utilisant de faibles vitesses péri- phériques de roue, ce qui est une condition pour un fonctionnement sans émulsion Il est alors particulièrement favorable qu'on obtienne un écoulement de circulation imposé en forme de tore qui provoque, même pour les chambres de mélange plates, un très bon mélange des zones de fond et de paroi ainsi que des angles Il est également très favorable qu'on obtienne, par l'écoulement de circulation imposé, un passage multiple de la phase de mélange à travers le dispositif de mélange et de pompage En effet, celà provoque une dispersion multiple et ainsi une amélioration con- sidérable du rendement de l'étage. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: la figure 1 est une vue en élévation-latérale de la chambre de mélange et de décantation; la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle effectuée suivant la ligne AB de la figure 1. Les figures montrent des coupes de la chambre de mélange 1 et de la chambre de décantation 3 Ces deux chambres sont séparées l'une de l'autre par le déversoir 2 de la chambre de mélange La phase de mélange 34 s'écoule en direction de la chambre de décantation 3 al dessus de l'arête supérieure 28 du déversoir 2. Dans le cas d'application considéré, la phase de mélange 34 est constituée par une phase organique 6 et par une phase aqueuse 5,7 qui sont amenées autmélange Te 1 phases 5 et 7 s'écoulent dans le sens des flèches à partir des étages voisins 35 et 36 à partir du bas et du haut, en étant commandées par des déversoirs 37 et 38 pour parvenir dans la chambre de mélange 1 en passant par des chambres 10 et 11 situées au- dessous du fond 9 de la chambre de mélange 1 Le fond 12 des chambres 10 et 11 constitue le fond commun le plus bas de tous les étages 35 et 36 ainsi que de la chambre de décantation 5. En d'autres termes, ce fond 12 se trouve dans un mime plan avec le fond 13 de la chambre de décantation L'écoulement d'entrée des phases 5 et 6 dans la chambre de mélange 1 a lieu à travers l'ouverture 8 pratiquée dans le fond 9 de la chambre de mélange. Le disposdttf de mélange proprement dit, constitué par la roue de pompage de mélange radiale 4, est disposé au-deosus de l'ou- verture 8. Cette roue de pompage radiale 4 est prévue de façon particulière à deux flux, c'est-à-dire avec aspiration double par le haut et par le bas et elle coopère avec une couronne directrice 20 disposée coaxilament et à poste fixe dans la chambre de mélange 1 autour de la roue 4 Le but principal de cette disposition est, outre la fonction de mélange comnnue, la formation d'un écoulement circulaire ou annulaire 33 de la phase de mélange 34 dans la chambre I la roue de pompage 4 comporte donc, en se référant à la direction axiale, un c 8 té d'aspiration supérieur 26 et un côté d'aspiration inférieur 59 Cette roue est entraînée par un arbre 27 dirigé vers le haut Cet arbre 27 est relié en haut à un moteur d'entraînement 40 qui est disposé au-dessus d'une couverture de protection 41 dans une zone située, pour des raisons d'entretien, à l'extérieur du domaine protégé de l'installation nucléaire. Sur les parois de la chambre de mélange 1 sont montés des déflecteurs de courant 44 traversés par l'écoulement vers l'arrière, les ouvertures 45 de ces déflecteurs dirigées vers la paroi s'étendant vers le haut au-delà des arêtes déver- santes 28 les déflecteurs de courant 44 provoquent une turbulence des zones de bordure s'étendant également aux angles de la chambre de mélange et comprenant la bordure superficielle du liquide. Les deux c 8 tés d'aspiration de la roue de pom- page 4 sont séparés par une cloison 16 partant du moyeu et sur laquelle sont montées, sur la face supérieure, les aubes supérieures 14 et, sur la face inférieure, les aubes inférieures Ces aubes 14 et 15 sont incurvées de façon telle que l'écoulement a lieu, pour l'aspiration, en direction axiale à partir de l'axe 42 de l'arbre et, pour le refoulement, en direction radiale, par les ouvertures supérieures 17 et les ouvertures inférieures 18 Ces ouvertures 17 et 18 sont situées au niveau ou en face des conduits radiaux 19 de la couronne directrice 20 qui reprennent l'écoulement et le dévient suivant l'axe 23 des conduits L'axe 23 des conduits est dirigé qbli- quement vers le bas par rapport au fond 9 de la chambre de mélange 1, de manière à créer l'écoulement annulaire 33. la partie supérieure de la roue de pompage 4, constituée par les aubes supérieures 14, aspire par le haut l'écoulement annulaire 33 Pour celà, le tube rapporté 24 de la couronne directrice 20 est monté sur la partie supérieure de cette couronne, le volume intérieur 25 de ce tube étant en liaison avec le c 8 té d'aspiration supérieur 26 Ce tube rapporté 24 de la couronne directrice présente des passages 29 répartis sur son pourtour et dont le centre est disposé sen- siblement au niveau de l'arête supérieure ou arête déversante 28 du déversoir 2 de la phase de mélange, c'est-à-dire au niveau du liquide Ainsi, la partie supérieure de la phase de mélange est aspirée vers le bas et l'écoulement annulaire 33 est produit dans la chambre de mélange 1. Les phases à mélanger 5, 6 et 7 sont, comme déjà mentionné, aspirées à partir du bas L'ouverture d'admission 21 de la couronne directrice 20 se trouve en face du c 8 té d'aspiration inférieur 39 de la roue de pompage 4 Une pièce d'entrée tubulaire 22 de la couronne directrice est introduite dans cette ouverture d'entrée 21 L'extrémité inférieure de la pièce d'entrée 22 constitue l'ouverture d'entrée 8 des phases 5 et 6 passant dans les chambres inférieures 10 et 11. La pièce d'entrée 22 de la couronne directrice est engagée dans la pièce de centrage d'entrée 30 qui est elle-même insérée dans l'ouverture 8 du fond 9 La couronne directrice 20, la pièce d'entrée 22 de cette couronne et le tube rapporté correspondant 24 sont donc ainsi fixés entre eux et sur le fond Ces éléments peuvent donc être retirés conjointement vers le haut d'une façon qui n'est pas représentée. Une tubulure 31 pénètre à partir du bas dans le volume intérieur 43 de la pièce d'entrée 22 de la couronne directrice, cette tubulure étant raccordée à une conduite de recirculation 32 guidée de façon étanche à partir du bas à travers le fond 12 des chambres inférieures et montée comme indiqué sur la figure 1 sur le fond 13 de la chambre de décaxq- tation 3 Le raccord ou-liaison à la chambre de décantation 3 est effectué à l'emplacement de la phase aqueuse 7 situé le plus loin possible de l'arête déversante 28 du déversoir 2 de la phase de mélange Le c 8 té d'aspiration inférieur 39 de la roue de pompage 4 est ainsi raccordé à la chambre de décanta- tion 3 pour assurer la recirculation. Le dispositif aspirateur de l'invention fonctionne de la manière suivante: Les phases à mélanger 5, 6 et 7 s'écoulent latéralement dans la chambre de mélange 1 en passant par dessus les déversoirs 37 et 38 Ces déversoirs 37, 38 forment la limite vis-à-vis des chambres de décantagion adjacentes à gauche et à droite, et appartenant aux étages voisins 35 et 36 dans un appareil à plusieurs étages Les deux flux (rapport de 1: 40 environ entre le flux organique et le flux aqueux) traversent les chambres de tête 10 et 11 se trouvant sous la chambre de mélange 1 et sont aspirés pas l'action depompage de la roue de pompage de mélange 4 En même temps que ces flux d'arrivée, l'action de pompage de la roue 4 provoque également, par la conduite de recirculation 32, l'aspiration à l'extrémité de la chambre de décantation correspondante 3, d'une quantité de phase aqueuse telle que les proportions de phase organique et de phase aqueuse sont les mêmes dans la chambre de mélange. Les trois flux 5, 6 et 7 sont mélangés par la roue de pompage de mélange 4 et refoulés à travers la couronne directrice environnante 20 dans la chambre de mélange suivant des lignes de courant radiales inclinées vers le fond 9 de la chambre de mélange De plus, la phase de mélange déjà coalescente est aspirée par le c 8 té supérieur de la roue de pompage de mélange 4 Cette phase est à nouveau mélangée et s'écoule à nouveau suivant l'écoulement annulaire 33 représenté sur la figure 1 dans la chambre de mélange 1 Le débit en phase de mélange à travers le dispositif de pompage de mélange est ainsi égal à un multiple des flux arrivant par le bas dans la chambre de mélange 1 Le débit de phase de mélange s'écoulant dans la chambre de décantation 3 en passant par dessus le déversoir de phase de mélange 2 est obligatoirement égal aux flux qui arrivent dans la chambre de mélange 1. Dans la chambre de décantation 3, la phase de mélange se sépare en phases individuelles 6, 5, et 7 et elle est divisée en trois flux Le flux organique s'écoule, en passant sur un déversoir, dans la chambre de mélange de l'étage voisin en considérant le sens d'écoulement du flux organique antagoniste La proportion de phase aqueuse correspondant au débit d'alimentation s'écoule, en passant également sur un déversoir, dans la chambre de mélange de l'étage voisin opposé. Le débit de phase aqueuse restant est ramené dans la chambre de mélange par remise en circulation. REVENDICATIONS 1 ) Agitateur pour la chambre de mélange d'un mélangeur-décanteur, de préférence d'un étage d'un mélangeur décanteur à plusieurs étages avec une chambre de mélange séparée de la chambre de décantation voisine par un déversoir de phase de mélange de hauteur déterminée dans laquelle agit une roue de pompage de mélange radiale dont l'axe est disposé verticalement, cette roue étant entraînée à partir du haut et aspirant les phases à mélanger du c 8 té frontal, par une ouverture du fond de la chambre de mélange, à partir d'autres chambres disposées au- dessous de la chambre de mélange, le fond inférieur de ces chambres et le fond de la chambre de décantation étant dans un même plan, aspirateur caractérisé en ce que la roue de pompage de mélange ( 4) est à deux flux, c'est-à-dire avec aspiration axiale et refoulement radial séparés en haut et en bas, les aubes ( 14, 15) qui respectives en haut et en bas étant séparées par une cloison horizontale ( 16) et ouvertes en direction radiale, des conduits radiaux communs ( 19) d'une couronne directrice ( 20) fixée dans la chambre de mélange ( 1) étant disposée autour du pourtour de la roue ( 4) ou autour des ouvertures supérieures et inférieures ( 17, 18) des aubes ( 14, 15) l'ouverture d'entrée ( 21) de cette couronne directrice étant raccordée aux autres chambres ( 10, 11) au moyen d'une pièce d'entrée tubulaire ( 22) de la couronne directrice. 2 ) Agitateur selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'axe ( 23) des conduits radiaux ( 19) de la couronne directrice ( 20) sont inclinés vers le fond ( 9) de la chambre de mélange ( 1). 3 ) Agitateur selon l'une ou l'autre des reven- dications 1 et 2, caractérisé en ce qu'un tube rapporté ( 24) est fixé sur la couronne directrice ( 20) le volume intérieur libre ( 25) de ce tube étant relié au c 8 té d'aspiration supérieur ( 26) de la roue de pompage de mélange ( 4), l'arbre d'entratnement ( 27) de la roue ( 4) étant guidé à travers le tube ( 24) et des passages ( 29) étant ménagés dans la paroi du tube rapporté ( 24) de la couronne directrice au niveau de l'arête déversante ( 28) du déversoir de phase de mélange ( 2), c'est- à-dire au niveau du liquide dans la chambre de mélange ( 1), ces passages s'étendant sur une longueur déterminée du tube. 4 ) Agitateur selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que la couronne directrice ( 20) le tube rapporté ( 24) de la couronne directrice et la pièce d'entrée annulaire ( 22) de la couronne directrice montée sous cette couronne sont réunies lors de la construction et peuvent être sorties vers le haut en tant qu'unité à partir de la pièce de centrage d'entrée ( 30) appliquée sur le fond ( 9) de la chambre de mélange ( 1). ) Agitateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'une tubulure ( 31) pénètre coaxialement dans la pièce d'entrée ( 22) de la couronne directrice, cette tubulure traversant le fond inférieur ( 12) et étant raccordée à une conduite de recirculation ( 32) passaz sous ce fond ( 12) cette conduite étant reliée au volume intérieur de la chambre de décantation ( 3) en étant appliquée sur son fond ( 13). 6 ) Agitateur selon la revendication 5, carac- térisé en ce que la conduite de recirculation ( 32) est raccordée à la partie la plus éloignée de la chambre de décantation ( 3) en se référant au déversoir de phase de mélange ( 2).