CN114917603A - 一种热室用熔盐蒸馏组件、装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热室用熔盐蒸馏组件、装置及其方法，热室用熔盐蒸馏组件包括蒸馏腔体，热室用熔盐蒸馏组件还包括冷凝罩和组件盖；蒸馏腔体由同轴设置的上部件和下部件连接形成，上部件为顶部、底部均开口的倒锥形空心腔体，下部件为顶部开口、底部封闭的空心腔体，下部件的上沿穿设上部件的底部，形成凸缘；冷凝罩可拆除地同轴、密封盖设在上部件的腔体内壁上，且盖设位置高于下部件的上沿，组件盖可拆除地同轴、密封盖设在上部件的顶部。本发明的热室用熔盐蒸馏组件的温度梯度易于调控，冷凝物收集率高；本发明的热室用熔盐蒸馏装置能够在热室内使用机械手和吊车操作，装卸方便。

Description

一种热室用熔盐蒸馏组件、装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种热室用熔盐蒸馏组件、装置及其方法。

背景技术

熔盐反应堆利用熔融卤化物熔盐作为冷却剂和燃料载体，经反应堆运行后从堆芯流出的乏燃料混合熔盐，往往成分复杂，种类多，分离回收有用的物质(包括增殖产物和裂变产物)，可提高反应堆运行的经济性。目前相较于较成熟的利用水或有机溶剂处理乏燃料，干法后处理方法更适合于处理熔盐堆乏燃料。乏燃料干法后处理过程中不使用水作为溶剂，其主要的分离步骤在高温下进行。流程具有耐辐照、临界风险低、放射性废物量少等优点，适宜处理高燃耗、短冷却期乏燃料。干法后处理作为一种高温化学过程，按使用技术原理不同可分为挥发、高温冶金过程、离子交换法等。

熔盐体系的挥发法既有通过化学反应产生不同挥发性的氟化挥发提取铀，也有利用组分蒸汽压的差异在高温真空环境下实现组分分离的真空蒸馏法。熔盐堆用冷却熔盐通常为碱金属，碱土金属卤化物共晶盐，具有较低的共熔温度，单一组分的蒸汽压高于裂变产物，利用真空蒸馏可有效回收冷却熔盐，分离裂变产物，而且操作简单，不引入杂质，回收的冷却盐可重复使用。

由于乏燃料具有较强的放射性，后处理过程通常在热室内进行。热室是核工程尤其是乏燃料后处理厂、放化实验室、同位素生产及研究设施中常用的一类专用的密封、屏蔽操作设备。其主要功能是为操作人员及邻近人员提供必要的生物屏蔽、密封操作空间和基本操作条件。由于热室内部存在强的辐射活性物质及强腐蚀气氛环境，工作人员无法直接在热室内部进行操作，只能依靠机械手和吊机等进行远程操作。

因此需要设计一种机械手可操作，适合于放射性场所使用的热室用熔盐蒸馏装置。

发明内容

针对现有蒸馏装置结构复杂，机械手不能完成操作的问题，本发明提供了一种热室用熔盐蒸馏组件、装置及其方法，本发明的热室用熔盐蒸馏组件的温度梯度易于调控，冷凝物收集率高，适合于放射性场所使用的热室用熔盐蒸馏装置；本发明的热室用熔盐蒸馏装置能够在热室内使用机械手和吊车操作，装卸方便，是适合于放射性场所使用的蒸馏装置；本发明的热室内熔盐蒸馏方法应用广泛、适合于放射性场所使用。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

本发明提供了一种热室用熔盐蒸馏组件，所述热室用熔盐蒸馏组件包括蒸馏腔体、冷凝罩和组件盖；所述蒸馏腔体由同轴设置的上部件和下部件连接形成，所述上部件为顶部、底部均开口的倒锥形空心腔体，所述下部件为顶部开口、底部封闭的空心腔体，所述下部件的上沿穿设所述上部件的底部，形成凸缘，从而使所述凸缘与所述上部件的腔体内壁形成一用于收集冷凝物的环状沟槽；所述冷凝罩可拆除地同轴、密封盖设在所述上部件的腔体内壁上，且盖设位置高于所述下部件的上沿，所述组件盖可拆除地同轴、密封盖设在所述上部件的顶部。

本发明中，所述蒸馏腔体的下部件可为圆锥形空心腔体、圆柱形空心腔体、棱锥形空心腔体和棱柱形空心腔体中的任意一种。

本发明中，沿所述蒸馏腔体的上部件的腔体内壁的不同位置处，还可纵向均匀设置有多条竖直延伸的定位轨道；所述定位轨道的数量较佳地为三条；所述定位轨道的形状较佳地为凹槽，所述凹槽的深度较佳地为0.5mm。

本发明中，所述冷凝罩可由空心的圆锥形盖和吊环组成；所述吊环可从外部固定连接于所述圆锥形盖的顶端中心位置处；

较佳地，所述冷凝罩的外表面均匀设置有多条用于与所述定位轨道配合卡设的定位卡条；所述定位卡条的形状可为倒置的L形，所述L形的横截面形状较佳地为长方体、棱柱体或圆柱体；所述定位卡条的宽度或直径可小于等于所述定位轨道的宽度的95％，较佳地为所述定位轨道的宽度的85％～95％。

本发明中，所述蒸馏腔体的上部件的上沿可均匀设置有多个定位卡槽，所述定位卡槽的数量较佳地为三个；所述定位卡槽可均匀分布在所述上部件的上沿上；所述定位卡槽可为半开口的弧形槽，所述弧形槽的深度较佳地为0.5mm。

本发明中，所述组件盖可由盖体和吊环组成；所述盖体较佳地为空心圆锥形；所述吊环可从外部固定连接于所述盖体的顶端中心位置处；

所述盖体的底部边缘可均匀设置有多个用于与所述定位卡槽配合卡设的定位卡片；所述定位卡片的形状较佳地为扇形；所述定位卡片外沿弧度的周长可小于等于所述定位卡槽的开口区域周长的95％，较佳地为所述定位卡槽的开口区域周长的85％～95％。

本发明还提供了一种热室用熔盐蒸馏装置，该蒸馏装置包括蒸馏釜、加热装置和如上述所述的热室用熔盐蒸馏组件，所述热室用熔盐蒸馏组件同轴放置在所述蒸馏釜中；所述蒸馏釜同轴放置在所述加热装置中。

本发明中，所述蒸馏釜可包括蒸馏釜盖和蒸馏釜体；所述蒸馏釜盖可为一法兰盖；所述蒸馏釜体可为空心腔体，所述空心腔体可由上部空心腔体和下部空心腔体组成；所述上部空心腔体和所述下部空心腔体较佳地为圆柱体或棱柱体；所述上部空心腔体的顶部可设有外凸缘；所述上部空心腔体的直径或宽度可大于所述下部空心腔体的直径或宽度；所述法兰盖可通过紧固件和所述上部空心腔体的外凸缘紧密结合；

较佳地，所述上部空心腔体的外凸缘上设置有一条环形凹槽；所述环形凹槽的深度为3mm；所述法兰盖和所述上部空心腔体的外凸缘之间设置有密封圈；所述密封圈的内外周长分别与所述环形凹槽的内外周长相等。

本发明中，较佳地，所述加热装置为电阻炉；所述热室用熔盐蒸馏装置还可包括真空管、压力检测元件和吊环；在所述法兰盖上还可分别穿设有与所述真空管、所述压力检测元件和所述吊环连接的定位孔。

本发明还提供了一种热室内熔盐蒸馏方法，其采用如上述所述的热室用熔盐蒸馏装置进行，所述热室内熔盐蒸馏方法包括以下步骤：S1、将盛有固体熔盐的所述热室用熔盐蒸馏组件移入所述蒸馏釜内；S2、移去所述组件盖，装入所述冷凝罩，然后将所述蒸馏釜密封；S3、开启所述加热装置进行蒸馏，即可。

在本发明一优选实施方案中，所述热室内熔盐蒸馏方法包括以下步骤：

S1、将固体熔盐装入所述蒸馏腔体中，将所述组件盖设在所述蒸馏腔体的所述上部件的顶部；所述组件盖由所述盖体和所述吊环组成，将所述组件盖的定位卡片对准所述蒸馏腔体的所述定位卡槽进行卡设，将组装好的所述热室用熔盐蒸馏组件移入所述蒸馏釜内；

S2、移去所述组件盖，将所述冷凝罩盖设在所述蒸馏腔体的上部件的腔体内壁上，所述冷凝罩由所述空心的圆锥形盖和所述吊环组成；将所述冷凝罩的外表面的所述定位卡条与所述蒸馏腔体的上部件的腔体内壁的所述定位轨道配合卡设；将所述蒸馏釜密封；

S3、开启所述加热装置进行蒸馏。

在本发明一具体的实施方案中，所述热室内熔盐蒸馏方法包括以下步骤：

S1、将固体熔盐装入所述蒸馏腔体中，将所述组件盖设在所述蒸馏腔体的所述上部件的顶部；所述组件盖由所述盖体和所述吊环组成；使用机械手将所述组件盖的定位卡片对准所述蒸馏腔体的所述定位卡槽，并顺时针旋转一定角度卡住；使用移动吊车将组装好的所述蒸馏组件平稳吊入所述蒸馏釜体内；

S2、使用所述机械手移去所述组件盖，再使用所述机械手将所述冷凝罩平缓盖设在所述蒸馏腔体的上部件的腔体内壁上；所述冷凝罩由所述空心的圆锥形盖和所述吊环组成；将所述冷凝罩的外表面的所述定位卡条与所述蒸馏腔体的上部件的腔体内壁的所述定位轨道配合卡设；使用所述机械手将所述蒸馏釜盖放置在所述蒸馏釜体上；然后通过螺柱将所述蒸馏釜盖和所述蒸馏釜体密封；

S3、开启所述电阻炉，进行熔融盐蒸馏。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：

本发明的热室用熔盐蒸馏组件的温度梯度易于调控，冷凝物收集率高，适合于放射性场所使用的热室用熔盐蒸馏装置；本发明的热室用熔盐蒸馏装置能够在热室内使用机械手和吊车操作，装卸方便，是适合于放射性场所使用的蒸馏装置；本发明的热室内熔盐蒸馏方法应用广泛、适合于放射性场所使用。

附图说明

图1为实施例1的热室用熔盐蒸馏装置的结构图。

图2为实施例1的蒸馏组件的示意图。

图3为实施例1的蒸馏釜盖的俯视图。

图4为实施例1的蒸馏腔体的示意图。

图5为实施例1的冷凝罩的俯视图。

图6为实施例1的冷凝罩的正视图。

图7为实施例1的组件盖的俯视图。

附图标记说明：

1-蒸馏釜体

2-蒸馏组件

21-蒸馏腔体22-冷凝罩23-组件盖

3-螺柱

4-蒸馏釜盖

5-真空管

6-压力检测元件

7-吊环

8-电阻炉

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1

如图1和图2所示，一种热室用熔盐蒸馏装置，该蒸馏装置包括蒸馏釜、热室用熔盐蒸馏组件2和电阻炉8，热室用熔盐蒸馏组件2同轴放置在蒸馏釜中；蒸馏釜同轴放置在电阻炉8中；

蒸馏釜包括蒸馏釜盖4和蒸馏釜体1；蒸馏釜盖4为一法兰盖；蒸馏釜体1为空心腔体，空心腔体由上部空心腔体和下部空心腔体组成；上部空心腔体和下部空心腔体为圆柱体；上部空心腔体的顶部设有外凸缘；上部空心腔体的直径大于下部空心腔体的直径；法兰盖通过螺柱3和上部空心腔体的外凸缘紧密结合；

上部空心腔体的外凸缘上设置有一条环形凹槽；环形凹槽的深度为3mm；法兰盖和上部空心腔体的外凸缘之间设置有密封圈；密封圈的内外周长等于环形凹槽的内外周长。

如图1和图3所示，热室用熔盐蒸馏装置还包括真空管5、压力检测元件6和吊环7；在蒸馏釜盖4上还分别穿设有与真空管5、压力检测元件6和吊环7连接的定位孔。

如图2所示，热室用熔盐蒸馏组件2包括蒸馏腔体21，热室用熔盐蒸馏组件2还包括冷凝罩22和组件盖23；如图4所示，蒸馏腔体21由同轴设置的上部件和下部件连接形成，上部件为顶部、底部均开口的倒锥形空心腔体，下部件为顶部开口、底部封闭的空心腔体，下部件的上沿穿设上部件的底部，形成凸缘，从而使凸缘与上部件的腔体内壁形成一用于收集冷凝物的环状沟槽；冷凝罩22可拆除地同轴、密封盖设在上部件的腔体内壁上，且盖设位置高于下部件的上沿，组件盖23可拆除地同轴、密封盖设在上部件的顶部。

蒸馏腔体21的下部件为圆柱形空心腔体。

沿蒸馏腔体21的上部件的腔体内壁的不同位置处，还纵向均匀设置有多条竖直延伸的定位轨道；定位轨道的形状为凹槽，凹槽的深度为0.5mm。

如图5和图6所示，冷凝罩22由空心的圆锥形盖和吊环组成；吊环从外部固定连接于圆锥形盖的顶端中心位置处；

冷凝罩22的外表面均匀设置有多条用于与定位轨道配合卡设的定位卡条；定位卡条的形状为倒置的L形，L形的横截面形状为圆柱体；

蒸馏腔体21的上部件的上沿均匀设置有多个定位卡槽；定位卡槽均匀分布在上部件的上沿上；定位卡槽为半开口的弧形槽，弧形槽的深度为0.5mm。

如图7所示，组件盖23由盖体和吊环组成；盖体为空心圆锥形；吊环从外部固定连接于盖体的顶端中心位置处；

盖体的底部边缘均匀设置有多个用于与定位卡槽配合卡设的定位卡片；定位卡片的形状为扇形。

热室内熔盐蒸馏方法：

S1、将固体熔盐装入蒸馏腔体21中，将组件盖23设在蒸馏腔体21的上部件的顶部；组件盖23由盖体和吊环组成；使用机械手将组件盖23的定位卡片对准蒸馏腔体21的定位卡槽，并顺时针旋转一定角度卡住；使用移动吊车将组装好的蒸馏组件2平稳吊入蒸馏釜体1内；

S2、使用机械手移去组件盖23，再使用机械手将冷凝罩22盖设在蒸馏腔体21的上部件的腔体内壁上；冷凝罩22由空心的圆锥形盖和吊环组成；将冷凝罩22的外表面的定位卡条与蒸馏腔体21的上部件的腔体内壁的定位轨道配合卡设；使用机械手将蒸馏釜盖4放置在蒸馏釜体1上；然后通过螺柱3将蒸馏釜盖4和蒸馏釜体1密封；

S3、开启电阻炉8，进行熔融盐蒸馏；

S4、蒸馏结束后，停止加热；

S5、使用机械手打开蒸馏釜盖4，使用移动吊车将蒸馏组件2取出，再使用所述机械手依次移除组件盖23和冷凝罩22，将蒸馏腔体21中的物料回收。分析物料变化，冷凝盐收集率达100％。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种热室用熔盐蒸馏组件，所述热室用熔盐蒸馏组件包括蒸馏腔体，其特征在于，所述热室用熔盐蒸馏组件还包括冷凝罩和组件盖；所述蒸馏腔体由同轴设置的上部件和下部件连接形成，所述上部件为顶部、底部均开口的倒锥形空心腔体，所述下部件为顶部开口、底部封闭的空心腔体，所述下部件的上沿穿设所述上部件的底部，形成凸缘，从而使所述凸缘与所述上部件的腔体内壁形成一用于收集冷凝物的环状沟槽；所述冷凝罩可拆除地同轴、密封盖设在所述上部件的腔体内壁上，且盖设位置高于所述下部件的上沿，所述组件盖可拆除地同轴、密封盖设在所述上部件的顶部。

2.如权利要求1所述的热室用熔盐蒸馏组件，其特征在于，所述蒸馏腔体的下部件为圆锥形空心腔体、圆柱形空心腔体、棱锥形空心腔体和棱柱形空心腔体中的任意一种。

3.如权利要求1所述的热室用熔盐蒸馏组件，其特征在于，沿所述蒸馏腔体的上部件的腔体内壁的不同位置处，还纵向均匀设置有多条竖直延伸的定位轨道；所述定位轨道的数量较佳地为三条；所述定位轨道的形状较佳地为凹槽，所述凹槽的深度较佳地为0.5mm；

和/或，所述蒸馏腔体的上部件的上沿均匀设置有多个定位卡槽，所述定位卡槽的数量较佳地为三个；所述定位卡槽均匀分布在所述上部件的上沿上；所述定位卡槽为半开口的弧形槽，所述弧形槽的深度较佳地为0.5mm。

4.如权利要求3所述的热室用熔盐蒸馏组件，其特征在于，所述冷凝罩由空心的圆锥形盖和吊环组成；所述吊环从外部固定连接于所述圆锥形盖的顶端中心位置处；

较佳地，所述冷凝罩的外表面均匀设置有多条用于与所述定位轨道配合卡设的定位卡条；所述定位卡条的形状为倒置的L形，所述L形的横截面形状较佳地为长方体、棱柱体或圆柱体；所述定位卡条的宽度或直径可小于等于所述定位轨道的宽度的95％，较佳地为所述定位轨道的宽度的85％～95％。

5.如权利要求3所述的热室用熔盐蒸馏组件，其特征在于，所述组件盖由盖体和吊环组成；所述盖体较佳地为空心圆锥形；所述吊环从外部固定连接于所述盖体的顶端中心位置处；

所述盖体的底部边缘均匀设置有多个用于与所述定位卡槽配合卡设的定位卡片；所述定位卡片的形状为扇形；所述定位卡片外沿弧度的周长小于等于所述定位卡槽的开口区域周长的95％，较佳地为所述定位卡槽的开口区域周长的85％～95％。

6.一种热室用熔盐蒸馏装置，该蒸馏装置包括蒸馏釜、热室用熔盐蒸馏组件和加热装置，其特征在于，所述热室用熔盐蒸馏组件如权利要求1～5任意一项所述，所述热室用熔盐蒸馏组件同轴放置在所述蒸馏釜中；所述蒸馏釜同轴放置在所述加热装置中。

7.如权利要求6所述的热室用熔盐蒸馏装置，其特征在于，所述蒸馏釜包括蒸馏釜盖和蒸馏釜体；所述蒸馏釜盖为一法兰盖；所述蒸馏釜体为空心腔体，所述空心腔体由上部空心腔体和下部空心腔体组成；所述上部空心腔体和所述下部空心腔体为圆柱体或棱柱体；所述上部空心腔体的顶部设有外凸缘；所述上部空心腔体的直径或宽度大于所述下部空心腔体的直径或宽度；所述法兰盖通过紧固件和所述上部空心腔体的外凸缘紧密结合；

较佳地，所述上部空心腔体的外凸缘上设置有一条环形凹槽；所述环形凹槽的深度为3mm；所述法兰盖和所述上部空心腔体的外凸缘之间设置有密封圈；所述密封圈的内外周长分别与所述环形凹槽的内外周长相等。

8.如权利要求7所述的热室用熔盐蒸馏装置，其特征在于，所述加热装置为电阻炉；所述热室用熔盐蒸馏装置还包括真空管、压力检测元件和吊环；在所述法兰盖上还分别穿设有与所述真空管、所述压力检测元件和所述吊环连接的定位孔。

9.一种热室内熔盐蒸馏方法，其特征在于，其采用如权利要求6～8任一项所述的热室用熔盐蒸馏装置进行，所述热室内熔盐蒸馏方法包括以下步骤：S1、将盛有固体熔盐的所述热室用熔盐蒸馏组件移入所述蒸馏釜内；S2、移去所述组件盖，装入冷凝罩，然后将所述蒸馏釜密封；S3、开启所述加热装置进行蒸馏，即可。

10.如权利要求9所述的热室内熔盐蒸馏方法，其特征在于，所述热室内熔盐蒸馏方法包括以下步骤：

S1、将固体熔盐装入所述蒸馏腔体中，将所述组件盖设在所述蒸馏腔体的所述上部件的顶部；所述组件盖由所述盖体和所述吊环组成，将所述组件盖的定位卡片对准所述蒸馏腔体的所述定位卡槽进行卡设，将组装好的所述热室用熔盐蒸馏组件移入所述蒸馏釜内；

S2、移去所述组件盖，将所述冷凝罩盖设在所述蒸馏腔体的上部件的腔体内壁上，所述冷凝罩由所述空心的圆锥形盖和所述吊环组成；将所述冷凝罩的外表面的所述定位卡条与所述蒸馏腔体的上部件的腔体内壁的所述定位轨道配合卡设；将所述蒸馏釜密封；

S3、开启所述加热装置进行蒸馏。

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