1.本发明涉及高纯氘气制备技术领域,具体涉及一种高纯氘气的制备装置及其制备方法。
背景技术:
2.氘是普通氢较重的稳定同位素。它是无色、无味、无毒的可燃气体。其沸点为
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249.5℃。与分子氢一样,双原子氘分子也存在正、仲同分异构现象。室温下,氘正
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仲异构体混合物的平衡组成为2:1,这种氘称为常态氘。降低温度,有利于向正氘转化。在20.4k时,平衡混合物含正氘97.8%,此时的氘称为平衡氘。
3.氘具有普通氢的所有反应特性,并生成完全相应的化合物。氘的较高质量和较低零点能量(绝对零度时的能量)使其在相同反应里,具有十分不同的反应速度,反应平衡点位置也不同。一般说来,与普通氢相比,氘反应速度更慢,反应更不完全。
4.目前在高纯氘气制备时,由于制备的温度较高,且存在原料混合效率低下的问题,其经常被稀释,导致制备氘气所需要的原料增多,成本增大,为此,有必要提出了一种高纯氘气的制备方法及其装置来解决上述问题。
技术实现要素:
5.有鉴于此,本发明提供了一种高纯氘气的制备装置及其制备方法,将重水和电解质通过搅拌机构和气泡发生器的双重混合,能够有效的提升了混合的效率,保证了混合的效果,进而保证原料及产品的纯度,从而有效的保证了氘气的高纯度生产,降低了原料的稀释,减少了成本。
6.本发明的技术方案为:一种高纯氘气的制备装置,包括:氘气发生器、蒸馏塔、减容电解槽、混合器、气泡发生器和底座;
7.所述底座上端一侧设有混合器,混合器内设有搅拌机构,混合器的一侧设有气泡发生器,气泡发生器和混合器连通,混合器的另一侧设有减容电解槽,减容电解槽和混合器之间通过设有第二真空泵的管路连接,减容电解槽的一侧设有蒸馏塔,蒸馏塔和减容电解槽之间通过输送管连接,蒸馏塔的一侧设有氘气发生器,蒸馏塔和氘气发生器之间通过设有第一真空泵的管路连接;氘气发生器的上端一侧连接有氘气输出管,减容电解槽的上端一侧连接有爆鸣气回收管,混合器的上端连接有电解质输送管和重水输送管。
8.优选地,所述搅拌机构包括:固定在混合器一侧的两个电机安装支座,每个电机安装支座上安装一个驱动电机,每个驱动电机的输出轴通过联轴器连接一个转动杆,每个转动杆的另一端转动连接在混合器的内侧壁上,每个转动杆上等间距固定有两个以上搅拌叶。
9.优选地,所述气泡发生器的上端一侧连接有竖管,竖管的两端分别通过固定管与混合器连通,每个固定管上设有第二阀门。
10.优选地,设有所述第二真空泵的管路包括:第二连接管和第一横管;第二真空泵的
一端与第二连接管的一端连接,第二连接管的另一端连接在减容电解槽的一侧,第二真空泵的另一端与第一横管的一端连接,第一横管的另一端连接在混合器的下端一侧。
11.优选地,设有所述第一真空泵的管路包括:第一连接管和第二横管;第一真空泵的一侧与第一连接管的一端连接,第一连接管的另一端连接在氘气发生器的上端一侧,第一真空泵的另一端与第二横管的一端连接,第二横管的另一端连接在蒸馏塔的下端一侧。
12.优选地,所述输送管的中部连接有压力计和温度计。
13.优选地,所述输送管的中部设有第一阀门。
14.优选地,所述气泡发生器的下端通过垫块固定在底座的上端。
15.一种高纯氘气的制备方法,包括以下步骤:
16.s1、将重水和电解质送入混合器内混合,利用搅拌机构和气泡发生器进行充分混合;
17.s2、混合后的电解液通过真空抽吸方法吸入减容电解槽内,在低温环境下对电解液进行电解,重水浓度达到设定值后电解终止,电解产生的爆鸣气送入爆鸣气回收管内;
18.s3、将减容电解槽内的残液放入蒸馏塔,加热至沸腾,蒸馏获得重水,蒸馏结束后去除残存在蒸馏塔内的电解质;
19.s4、将蒸馏获得的重水送入氘气发生器的电解槽,电解产生氘气;
20.s5、对氘气进行冷冻、干燥处理,然后压缩、灌充至钢瓶内。
21.优选地,所述s2中电解液在
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19℃
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1℃的温度条件下进行电解,使重水浓度达到99.999%。
22.有益效果:
23.1、本发明中高纯氘气的制备装置,将重水和电解质通过搅拌机构和气泡发生器双重结合,有效的提升了混合的效率,保证了混合的效果,同时,电解浓缩重水在低温条件下进行,减小电解槽内电阻,有利于电解液循环混合,显著提高分离系数,可获得超高浓度的重水,保证原料及产品的纯度,有效的保证了氘气的高纯度生产,降低了原料的稀释,减少了成本。
24.2、本发明中高纯氘气的制备方法,简捷易操作,将重水和电解质通过搅拌机构和气泡发生器的双重混合,能够有效的提升了混合的效率,保证了混合的效果,进而保证原料及产品的纯度,从而有效的保证了氘气的高纯度生产,降低了原料的稀释,减少了成本。
附图说明
25.图1为本发明提出的一种高纯氘气的制备装置的结构示意图。
26.图2为本发明提出的一种高纯氘气的制备装置中搅拌机构的结构示意图。
27.图3为图1中a处的结构放大图。
28.图4为图1中b处的结构放大图。
29.图5为图1中c处的结构放大图。
30.其中,1
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氘气输出管、2
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第一真空泵、3
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第一连接管、4
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氘气发生器、5
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输送管、6
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第一阀门、7
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蒸馏塔、8
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第二连接管、9
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减容电解槽、10
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电解质输送管、11
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重水输送管、12
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混合器、13
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固定管、14
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竖管、15
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气泡发生器、16
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垫块、17
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底座、18
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第二真空泵、19
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第二阀门、20
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爆鸣气回收管、21
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转动杆、22
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联轴器、23
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驱动电机、24
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电机安装支座、25
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搅拌
叶、26压力计、27
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温度计、28
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第一横管、29
‑
第二横管。
具体实施方式
31.下面结合附图并举实施例,对本发明进行详细描述。
32.本实施例提供了一种高纯氘气的制备装置及其制备方法,将重水和电解质通过搅拌机构和气泡发生器的双重混合,能够有效的提升了混合的效率,保证了混合的效果,进而保证原料及产品的纯度,从而有效的保证了氘气的高纯度生产,降低了原料的稀释,减少了成本。
33.如图1所示,该高纯氘气制备装置包括:第一真空泵2、氘气发生器4、蒸馏塔7、减容电解槽9、混合器12、气泡发生器15、垫块16、底座17和第二真空泵18;
34.该高纯氘气制备装置的连接关系为:底座17支撑在地面或特定的安装平台上,底座17上端一侧设有混合器12,混合器12内设有搅拌机构,混合器12的一侧设有气泡发生器15,气泡发生器15和混合器12相互连通,混合器12的另一侧设有减容电解槽9,减容电解槽9和混合器12之间通过设有第二真空泵18的管路连接,减容电解槽9的一侧设有蒸馏塔7,蒸馏塔7和减容电解槽9之间通过输送管5连接,蒸馏塔7的一侧设有氘气发生器4,蒸馏塔7和氘气发生器4之间通过设有第一真空泵2的管路连接;氘气发生器4的上端一侧连接有氘气输出管1,减容电解槽9的上端一侧连接有爆鸣气回收管20(如图4所示),混合器12的上端连接有电解质输送管10和重水输送管11,通过电解质输送管10和重水输送管11将重水和电解质送入混合器12内混合。
35.本发明中,如图2所示,搅拌机构包括:固定在混合器12一侧的两个电机安装支座24,每个电机安装支座24上安装一个驱动电机23,每个驱动电机23的输出轴通过联轴器22连接一个转动杆21,每个转动杆21的另一端转动连接在混合器12的内侧壁上,每个转动杆21上等间距固定有两个以上搅拌叶25,驱动电机23通过输出轴的转动带动转动杆21转动,继而实现搅拌叶25旋转,从而保证搅拌效果。
36.本发明中,气泡发生器15的上端一侧连接有竖管14,竖管14的两端分别通过固定管13与混合器12连通,如图4所示,每个固定管13上设有第二阀门19,气泡发生器15动作能够充分保证混合器12内部的混合,同时,根据需要调节第二阀门19能够实现气泡数量以及密度的调节。
37.本发明中,设有第二真空泵18的管路包括:第二连接管8和第一横管28;第二真空泵18的一端与第二连接管8的一端连接,第二连接管8的另一端连接在减容电解槽9的一侧,如图5所示,第二真空泵18的另一端与第一横管28的一端连接,第一横管28的另一端连接在混合器12的下端一侧,利用第二真空泵18将混合器12中混合后的电解液通过真空抽吸方法吸入减容电解槽9内。
38.本发明中,设有第一真空泵2的管路包括:第一连接管3和第二横管29;第一真空泵2的一侧与第一连接管3的一端连接,第一连接管3的另一端连接在氘气发生器4的上端一侧,第一真空泵2的另一端与第二横管29的一端连接,第二横管29的另一端连接在蒸馏塔7的下端一侧,通过第一真空泵2将蒸馏塔7中蒸馏获得的重水送入氘气发生器4的电解槽内。
39.本发明中,如图3所示,输送管5的中部连接有压力计26和温度计27,且输送管5的中部设有第一阀门6,压力计26和温度计27用于实时监测输送管5内部的压力和温度,同时
意外情况发生后,第一阀门6可以进行分段关闭,保证安全性。
40.本发明中,气泡发生器15的下端四角均通过垫块16固定在底座17的上端。
41.本发明中,一种高纯氘气的制备方法,包括以下步骤:将重水和电解质分别通过重水输送管11和电解质输送管10送入混合器12内混合,利用搅拌机构和气泡发生器15进行充分混合,混合后的电解液通过真空抽吸方法吸入减容电解槽9内,在低温环境下对电解液进行电解,重水浓度达到设定值后电解终止,电解产生的爆鸣气送入爆鸣气回收管20内,将减容电解槽9内的残液放入蒸馏塔7,加热至沸腾,蒸馏获得重水,蒸馏结束后去除残存在蒸馏塔7内的电解质,将蒸馏获得的重水送入氘气发生器4的电解槽中,电解产生氘气,对氘气进行冷冻、干燥处理,然后压缩、灌充至钢瓶内;其中,电解液在
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19℃
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1℃的温度条件下进行电解,使重水浓度达到99.999%后送入氘气发生器4的电解槽中。
42.综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
再多了解一些
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