[發(fā)明專利]一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811216421.2
• 申請(qǐng)日: 2018-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN109455669B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚勇;文明;鄧立;李佩龍;陳軍;陳俊光;陳閩;陳克琳;黃國強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院材料研究所
• 主分類號(hào): C01B5/00
• 分類號(hào): C01B5/00;C01B5/02;C02F1/02;B01D59/02
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51239
• 代理人: 唐健玲

1.一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)，其特征在于，包括密封電熱箱，設(shè)置在電熱箱內(nèi)的分離組件，及設(shè)置在電熱箱外的原料水儲(chǔ)罐(3)、富氘水儲(chǔ)罐(4)和貧氘水儲(chǔ)罐(5)；所述分離組件包括1號(hào)～n號(hào)串聯(lián)連接成閉合回路的分離柱(1)，相鄰分離柱之間通過設(shè)有單向閥(11)的管道相連；所述原料水儲(chǔ)罐(3)上設(shè)有原料進(jìn)水管(31)，所述原料進(jìn)水管貫穿電熱箱設(shè)置，且電熱箱外的原料進(jìn)水管(31)上設(shè)有計(jì)量泵(33)，電熱箱內(nèi)的原料進(jìn)水管上設(shè)有汽化器(34)，所述1號(hào)～n-1號(hào)分離柱上端則分別通過與其對(duì)應(yīng)的1號(hào)～n-1號(hào)進(jìn)料閥門(32)與原料進(jìn)水管管道連接；所述富氘水儲(chǔ)罐(4)上設(shè)有富氘水管(41)，所述富氘水管貫穿電熱箱設(shè)置，所述1號(hào)分離柱上端通過富氘水閥(42)與富氘水管連通；所述貧氘水儲(chǔ)罐(5)上設(shè)有貧氘水管(51)，所述貧氘水管貫穿電熱箱設(shè)置，所述n號(hào)分離柱下端通過貧氘水閥(52)與貧氘水管連通，其中，所述分離柱(1)采用分子篩作為填料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)，其特征在于，還包括設(shè)置在電熱箱外的真空泵(2)，所述真空泵上設(shè)有真空管(21)，所述真空管貫穿電熱箱設(shè)置，所述1號(hào)～n號(hào)分離柱下端分別通過與其對(duì)應(yīng)的1號(hào)～n號(hào)真空閥門(22)與真空管管道連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)，其特征在于，所述電熱箱為酚醛泡沫板箱體，電熱箱底部設(shè)置干燒型電加熱棒，箱體內(nèi)溫度不低于100℃。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)，其特征在于，所述分離柱為Φ50～Φ250的不銹鋼管，端面焊接不銹鋼封頭，連接Φ10～Φ20不銹鋼波紋管，波紋管之間采用卡套或焊接方式連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求2～4任意一項(xiàng)所述的一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)，其特征在于，所述分離柱外壁包裹不銹鋼云母薄壁環(huán)形加熱圈，以使其額定使用溫度不低于500℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)量泵(33)為隔膜泵。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)，其特征在于，所述汽化器(34)為不銹鋼螺旋型盤管，盤管置于加熱爐內(nèi)，液態(tài)水進(jìn)入處于高溫狀態(tài)的螺旋管內(nèi)，受熱汽化直接變?yōu)檎羝?，不存在液態(tài)水滯留。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種分離天然水制備貧氘水和富氘水的系統(tǒng)，其特征在于，所述真空泵(2)為水環(huán)泵和旋片泵的組合，前級(jí)為水環(huán)泵，后級(jí)為帶氣鎮(zhèn)閥的旋片泵。

9.利用權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)制備貧氘水和富氘水的方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：設(shè)定電熱箱內(nèi)部溫度為100℃以上，開啟分離柱外的加熱圈使各分離柱溫度升至300℃以上，抽真空排除分離柱內(nèi)殘余水汽，然后降至100℃；

S2：通過計(jì)量泵抽取原料水儲(chǔ)罐中的天然水，再通過汽化器轉(zhuǎn)化為水蒸汽后，進(jìn)入1號(hào)～n-1號(hào)分離柱；

S3：開啟加熱圈使1號(hào)分離柱溫度升至300℃以上，1號(hào)分離柱內(nèi)水蒸汽發(fā)生解吸，柱內(nèi)壓力上升，當(dāng)超過單向閥開啟壓力，水蒸汽向后移動(dòng)進(jìn)入2號(hào)柱，進(jìn)而導(dǎo)致2號(hào)柱的水蒸汽通過單向閥進(jìn)入3號(hào)柱，后續(xù)分離柱依次發(fā)生此過程，最終使1號(hào)～n-1號(hào)分離柱內(nèi)的水蒸汽全部進(jìn)入2號(hào)～n號(hào)分離柱，完成第一次重排，水蒸汽中氘濃度沿2號(hào)→n號(hào)逐漸降低，當(dāng)1號(hào)分離柱內(nèi)壓力無顯著變化時(shí)，抽真空排除1號(hào)柱殘余水汽使其再生，同時(shí)關(guān)閉1號(hào)柱加熱圈；

S4：待1號(hào)柱溫度降至100℃時(shí)，開啟2號(hào)柱加熱，水蒸汽解吸并在壓差驅(qū)動(dòng)下向后移動(dòng)，水蒸汽全部進(jìn)入3號(hào)～n號(hào)及1號(hào)分離柱，完成第二次重排；待2號(hào)柱解吸完成后，按照同樣的方式進(jìn)行2號(hào)柱再生及3號(hào)柱解吸；后續(xù)分離柱操作依次類推；當(dāng)?shù)趎號(hào)分離柱解吸完成后，水蒸汽進(jìn)行了第n次重排，水蒸汽再次分布于1號(hào)～n-1號(hào)分離柱，表示系統(tǒng)完成了一次循環(huán)分離；

S5：接通富氘水儲(chǔ)罐管路，開啟加熱圈加熱1號(hào)分離柱，從1號(hào)分離柱頂部排出富氘水并收集；接通貧氘水儲(chǔ)罐管路，加熱n-1號(hào)分離柱，從柱底部排出貧氘水并收集；然后從分離回路中段注入原料水即可進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)的分離操作。