CONTINUOUS-EVAPORATION PLANT FOR CONTAMINATED LIQUIDS

Abstract: 1. A continuously operating vaporiser system for contaminated liquids, which consists of a plurality of separate vaporiser columns (V1 , V2 , V3 ) and condensers for the distillates formed, characterised in that a plurality of vaporiser columns are inserted one after another in the flow path of the liquid to be decontaminated, in which there are provided a return path (D2 , D3 ) for each of the condensed distillates from the vaporisers (V2 , V3 ), which are connected after the first evaporator (V1 ), to the respective preceding evaporator (V1 , V2 ), and residue discharge means (A2 , A3 ) from each preceding evaporator (V1 , V2 ) to the respective succeeding evaporator (V2 , V3 ), and the condensed distillate (D1 ) from the first evaporator (V1 ) is available for further use or transfer as practically uncontaminated byproduct.

Description: Kontinuierlich arbeitende Verdampferanlage für kontaminierte Fldssigkeiten Die vorliegende Erfindung betrifft eine kontinuierlich arbeitende Verdampferanlage für kontaminierte FlUssig- keiten, 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 seir 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 ("feld) 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. Es handelt sich also um einen diskontinuierlichen Betrieb, die Anlage wird batchweise gefahren. Bei nicht ausreichenden Dekontaminationsgrad musste das Destillat erneut verdampft werden, der erreichbare mittlere Dekontaminationsgrad war 3 jedoch bei radioaktiven Abwässern immer noch so schlecht, dass die Destillate nur kontrolliert über Vorfluter den normalen Abwässern beigemischt werden konnten. Ausreichend niedrige Dekontami 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. 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 Dekontaminationsgrade s. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss 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 Verdampferkolonne kann dabei eine Volltrocknungsanlage für den an Kontaminationsstoffen bereits stark angereicherten Sud naçhge-- schaltet werden. 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: Geringere Investitionskosten, da die Folgeverdampfer nur sehr klein sind. Kleinere spezifische Heizleistung, niedrigere Sudkonzentration in den ersten grossen Stufen. Insgesamt kleinere Apparate gegenüber einer Doppelverdampferanlage in Destillatreihenschaltung (siehe Fig. 4 der genannten Literaturstelle) mit entsprechenden Einsparungen bei den Investierungskosten und in den Bauvolumina. Gleichbleibende Qualität des Endproduktes durch Vermeidung des batchbetriebes. 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: A = Zulaufmenge, z.B. des kontaminierten Wassers a = Zulaufkonzentration B = Dampf- bzw. Destillatmenge b = Destillatkonzentration DK = Dekontaminationsfaktor S = Sudvolumen = Volumen der im Verdampfer erhitzten Flüssigkeitsmenge D = Destillat Die Indizes beziehen sich auf die Verdampferkolonne 1, 2 bzw. 3. Logischerweise ist der Sudablauf des Verdampfers 1 gleich der Zulauf dem Zulauf A2 des Verdampfers 2 usw. Die Fig. 1 zeigt nun eine einstufige Verdampferanlage nach dem bekannten Prinzip. Die Verdampferkolonne ist mit V bezeichnet, der Zulauf mit A1, dessen Konzentration beträgt a1. Er wird solange in die Kolonne V eingespeist, bis das gewuzischte Sudvolumen S erreicht ist, das nun mit Hilfe der Heizung H zum Kochen gebracht wird. Die Dampfmenge B1 mit der Konzentration b1 gelangt zum Kondensator K1 und verlässt diesen als Destillat D1. Dieses Destillat hat nur noch eine geringe Kontamination und muss evtl. noch einer weiteren derartigen Verdampferstufe 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. Die in Fig. 2 dargestellte Verdampferanlage nach dieser Erfindung besteht aus drei Stufen I, II und III, bei denen die Sudvolumina S1, S2 und 53 hintereinander geschaltet sind und kontinuierlich durchströmt werden. Die-Verdampfer- kolonnen 2 und 3 sind wesentlich kleiner als jene der Stufe I, da das Sudvolumen durch den Verdampfungsvorgang in den vorhergehenden Stufen jeweils stark abnimmt, Die erste Stufe I entspricht zunächst der Einrichtung nach Fig. 1 mit dem Unterschied, dass der Sudablauf zur Verdampferkolonne V2 geführt wird. Das in diese Stufe 2 entstehende Destillat D2, das mengenmässig der verdampften Menge B2 entspricht, gelangt als Rücklauf in die Kolonne V1, wird also einer erneuten Verdampfung zugeführt. Desgleichen wird das Destillat D3 aus der Stufe III bzw. der Verdampferkolonne V3 wieder dem Sudvolumen 52 der Stufe 2 zugeführt. Erst das in der Stufe III (oder auch einer höheren Stufe) enthaltene, an Verunreinigungen hoch angereicherte Restsudvolumen S3, gelangt als Abfallkonzentrat Aab mit der Konzentration aab zu einem Nachtrockner N. Dort wird es vollkommen getrocknet, die Kontaminationsstoffe können dann einer sicheren Endlagerung in an sich bekannter Weise zugeführt werden. Die eingangs geschilderten Vorteile einer Verdampferanlage nach Fig. 2 gegenüber dem Bekannten nach Fig. 1 ergeben sich aus folgenden theoretischen Betrachtungen. Verdampferanlagen nach Fig. 1: Die zeitabhängige Sudkonzentration bestimmt sich aus nachstehender Differentialgleichung. da2 dt = (A1 . a1 ¯ 31 b1) S Diese Gleichung (1) darin bedeutet die Destillatkonzentration b1 = DK . a2 Unter Berücksichtigung der entsprechenden Randbedingungen für t = 0 bestimmt sich die zeitabhängige Konzentration im Sud S mit der Konzentration a2. EMI6.1 und das Verhältnis von Sudkonzentration zu Zulaufkonzentration zu EMI6.2 Der Mittelwert der Konzentration im Destillat beträgt somit EMI6.3 und durch Ausintegration in den Grenzen von 0 bis t erhält man für die Konzentration des Destillates als Mittelwert EMI6.4 Damit kann für die Verdampferanlage nach altem Prinzip die zeitabhängige Sudkonzentration sowie der Mittelwert der Konzentration im Destillat bestimmt werden (siehe das spätere Zahlenbeispiel). Im Gegensatz zu dieser Verdampferanlage arbeitet jene nach Fig. 2 kontinuierlich. Daher sind nur die Gleichgewichtszustände zu betrachten, so dass diese Kaskadenschaltung durch folgende Gleichungen beschrieben wird: Verdampferanlage I A1.a1 + B2-b2 = B1.b1 + A2.a2 b1 = DK-a2 A1 + DK = B1 + a2 Verdampferanlage II A2.a2 + B3.b3 = B2.b2 + A3.a3 b2 = DK a3 A2tB3 = B2 + A3 Verdampferanlage III A3.a3 + 0 = B3.b3 + Aab aab b3 = DKiaab A3 =33 + Aab Für eine numerische Auswertung dieser Gleichungen für eine Verdampferanlage nach Fig. 1 bzw. 2 werden folgende Annahmen gemacht, die durch entsprechende Einhaltung der Destillations- bzw. Durchlaufzeiten durch die einzelnen Kolonnen erreicht werden: A1 3500[kg/h] a1 10-3 [1/kg] a2 am Ende des diskontinuierlichen Betriebes 1 [1/kg] DK 10 5 S 1000 A2 350 [kg/h] Aab 3,5 Unter Anwendung dieser Zahlenwerte ergeben sich als Gleichgewichtskonzentrationen bzw. M ttelkonzentrationen der Verunreinigungen im Destillat folgende Werte: Verdampferanlage nach Fig. 1 (alte Konzeption): 5 x 10-6 1/kg Verdampferanlage nach Fig. 2 (neue Konzeption): 107 [1/kg] 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. 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, Dies ausserdem auch deswegen, weil die Zulaufmenge sich praktisch bereits auf Siedetemperatur befindet und von der Jeweiligen Heizeinrichtung nur noch die Verdampfungswärme geliefert werden muB. 2 Figuren 2 Patentansprüche

Claims: PatentansDrAche 1. Kontinuierlich arbeitende Verdampferanlage für kontaminierte Flüssigkeiten, die aus mehreren Einzelverdampferkolonnen und Kondensatoren für die gebildeten Destillate besteht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass 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 WeiSerleitung als praktisch konta minationsfreier Abfall zur Verfügung steht. 2. Verdampferanlage nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass dem letzten Verdampfer eine Volltrocknungsanlage für den an Kontaminationsstoffen angereicherten Sud nachgeschaltet ist.

Inventors: KUHNEL, ROLAND, Kühnel, Roland
Applicants: KRAFTWERK UNION AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: G21F9
IPC codes: C02F1, G21F9