CN108686608B - 套管式i-131干馏吸收器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套管式I‑131干馏吸收器，所述的干馏吸收器包括竖直设置的吸收槽部分和水平设置的蒸馏套管部分；其中，所述的吸收槽部分含有碱液罐、水浴罐、盘管，蒸馏套管部分含有套管、蒸馏管，蒸馏管一端为喇叭口。所述的蒸馏管置于套管内，套管一端与蒸馏管的喇叭口固定连接，套管另一端与碱液罐侧壁固定连接；所述的水浴罐置于碱液罐内，盘管置于水浴罐内；所述的盘管的上端管道斜向上依次穿过水浴罐、碱液罐、套管、穿进蒸馏管并与水浴罐、碱液罐、蒸馏管分别密封性固定连接，盘管上端管道与水平线之间有一夹角；盘管下端管道垂直穿出水浴罐底部中央并与水浴罐密封性固定连接。本发明的干馏吸收器能够快速捕集高温I‑131蒸气，更利于提高Na¹³¹I生产效率和安全性。

Description

套管式I-131干馏吸收器

技术领域

本发明属于放射性同位素制备技术领域，具体涉及一种套管式I-131干馏吸收器。

背景技术

用于生产放射性药品的Na¹³¹I原料主要通过高温(约750℃)干馏反应堆辐照后的TeO₂(二氧化碲)并用稀碱液（一般为浓度小于0.5mol/L的NaOH溶液）吸收载气（一般为空气）中的放射性碘-131蒸气制得。中国工程物理研究院核物理与化学研究所，及国内的中国原子能科学研究院和中国核动力研究院，均曾在其Na¹³¹I生产工艺中采用真空泵抽气的方式，将蒸馏炉内的高温载气通过管道直接导入吸收瓶底部鼓泡，载气中的碘-131蒸汽被瓶内的稀碱液转化成为Na¹³¹I溶液。但由于载气温度很高而吸收瓶内的吸收液的体积较小（一般不超过20mL），在蒸馏提取碘-131过程中很容易使得吸收液的温度快速升高而在吸收瓶上部出现“雾气”并被抽入尾气处理装置，导致载气中I-131蒸气吸收效率低下和吸收液蒸发损失较多的放射性碘，也为尾气的在线处理和达标排放造成更大的压力。降低载气流速有利于减少热交换导致吸收液的蒸发，但不利于防止导气管中碘-131蒸气失温被管壁吸附而损失，也不利于蒸馏炉腔内大量碘-131的及时载出，致使生产（蒸馏或保温）时间和载气对吸收液持续加热时间延长，并存在碘-131蒸气从进料口泄漏的较大风险，特别是在二氧化碲达到熔点时刻。由于国内的干馏堆照TeO₂生产Na¹³¹I的装置均采用真空泵抽气保持载气定向流动，和保持蒸馏炉腔内一定的负压以防碘-131蒸气泄漏，而且为了满足产品较高放射性浓度的要求，在管状的吸收瓶内加入的稀碱液量较少。另一方面，现有的堆照TeO₂干馏炉没有在线加料和卸料功能，必须在上批次生产炉温降至至少150℃以下（单质碘的升华温度约为185℃，最好接近室温）取出残渣后才能重新装料进行下批次生产，批次生产时间往往是不少于6小时，而其中约80%的时间用于炉体自然冷却。由于单质碘极易蒸发和被吸附，直接将高温的蒸馏残渣取出，或取下蒸馏管的塞子将蒸馏残渣放在管口冷却是被禁止的，而提高载气流速又会加快吸收液蒸发，而且高温炉体对蒸馏管及其内的蒸馏残渣的持续供热的时间并不会受到载气流速的显著影响，除非采用对蒸馏管隔热或能够使炉体快速散热的办法，否则难以显著缩短生产时间。基于前述原因，现有技术的碘-131收率往往低于90%，批次生产时间长且碘-131蒸气泄漏污染环境的风险较高，不利于实施连续多批次的高效、安全生产。尽管可以采用在高温蒸馏区后面增加一段低温区，降低蒸馏炉出口载气的温度以削减对吸收液的加热效果，但为保证载气中碘-131在被碱液吸收处理之前不被载送管道内壁吸附而造成损失，载气的温度一般控制在300℃左右，仍对吸收液加热蒸发的效果明显。而且，现有技术的蒸馏管与吸收器为分体式，采用塑料管或橡胶管连接，载气中的放射性碘-131的强γ辐射及高温对连接管的使用寿命有较大影响，在实际中容易出现老化开裂而导致放射性碘-131蒸气泄漏事故，缩短了使用寿命而增加了生产设备维护维修人员接受更多辐射剂量的风险，不利于安全生产。采用设置对碱吸收液有高效冷却和加快蒸馏管降温功能，且适用于热室或屏蔽工作箱内生产环境条件的结构紧凑、小巧的蒸馏管与吸收器集成一体式干馏吸收器，是解决现有技术缺陷的主要途径。

发明内容

为了提高Na¹³¹I溶液的生产效率，降低安全风险，本发明提供一种套管式I-131干馏吸收器。

本发明的干馏吸收器采用压缩空气流隔热和对吸收液冷却的方式和蒸馏管与吸收器集成一体式的结构，能够高效捕集从反应堆活化的二氧化碲原料中蒸馏出来的高温放射性碘-131蒸气，使得碘-131的收率高达约98%，批次生产时间缩短至约2小时，延长生产装置寿命并有效降低生产的安全风险。

实现本发明的技术方案如下：

本发明的套管式I-131干馏吸收器，其特点是，所述的干馏吸收器包括竖直设置的吸收槽部分和水平设置的蒸馏套管部分；其中，所述的吸收槽部分含有碱液罐、水浴罐、盘管，蒸馏套管部分含有套管、蒸馏管，蒸馏管一端为喇叭口；上述干馏吸收器的连接关系是，所述的蒸馏管置于套管内，套管一端与蒸馏管的喇叭口固定连接，套管另一端与碱液罐侧壁固定连接；所述的水浴罐置于碱液罐内，盘管置于水浴罐内；所述的盘管的上端管道斜向上依次穿过水浴罐、碱液罐、套管、穿进蒸馏管并与水浴罐、碱液罐、蒸馏管分别密封性固定连接，盘管上端管道与水平线之间有一夹角；盘管下端管道垂直穿出水浴罐底部中央并与水浴罐密封性固定连接。

所述的碱液罐顶部侧向和底部中央分别固定设置有连通的三通阀、两通阀，在三通阀与水浴罐顶之间的碱液罐内侧壁上固定设置有圆环形的挡板；所述的水浴罐设置有L型的加料管、进水管、L型的排水管，加料管的上端水平穿出碱液罐侧壁并与碱液罐密封性固定连接，加料管的下端垂直向下穿出水浴罐并与水浴罐密封性固定连接，进水管与排水管的下端并排水平贯穿水浴罐和碱液罐下部并分别与水浴罐、碱液罐密封性固定连接，排水管的上端口置于水浴罐内并与水浴罐顶部有一间隙。

所述的套管的两端分别设置有进气管、排气管；所述的蒸馏管喇叭口内配合设置有塞子，蒸馏管下方通过连接块与套管内壁固定连接；所述的碱液罐与水浴罐侧壁通过连接块固定连接，在碱液罐与水浴罐侧壁之间设置有钢丝网，钢丝网与碱液罐和水浴罐分别接触。

所述的盘管上端管道与水平线之间的夹角为5°~10°。

所述的套管与蒸馏管侧壁之间的间隙为10mm~20mm。

所述的套管、蒸馏管的水平轴心线为重合设置；所述的碱液罐、水浴罐、盘管的纵轴心线为重合设置；所述的套管的水平轴心线与碱液罐的纵轴心线为交叉设置。

所述的碱液罐、水浴罐、盘管、三通阀、两通阀、挡板、加料管、进水管、排水管、套管、蒸馏管、塞子、进气管、排气管及连接块均采用石英玻璃制作；所述的钢丝网采用不锈钢制作。

本发明的套管式I-131干馏吸收器的简要工作原理是：在真空泵抽动下，置于蒸馏管内的堆照TeO₂被加热至约750℃熔融溢出的高温碘-131蒸气，被载气从蒸馏管内载带途经置于水浴罐中的盘管送入碱液罐底部鼓泡，载气在盘管内流动过程中被逐步冷却，载气与碱液接触发生热交换和I-131与碱的歧化反应的释热通过管壁热交换被水浴罐中冷水快速带走，使吸收液的温度在整个生产过程中保持常温或升温幅度较小，并在蒸馏结束关闭加热电源后，立即通入压缩空气流迅速带走炉体供热，对蒸馏管及其内的蒸馏残渣实施快速降温，在蒸馏残渣温度降至规定值后，通过回压吸收液浸泡洗脱凝结在盘管内壁的碘-131，实现对高温载气中碘-131蒸气的高效吸收和Na¹³¹I溶液的高效、安全生产。

本发明的干馏吸收器采用套管式蒸馏管和两级冷却夹层结构的吸收槽，首先在盘管内将高温载气大幅冷却，再将余下传递给吸收液的热量和歧化反应的热量最大限度的带走，在冷却水保持一般自来水压情况下，可以保证较高流速（或较大流量）下的高温载气对小体积吸收液的加温不明显，防止或最大限度的减少了“雾气”的产生导致的碘-131损失；采用在碱液罐与水浴罐之间设置的浸在吸收液中密集的钢丝网，将较大的载气泡进行分割增加与吸收液接触面积和增长接触时间（增加了气泡移动距离），有效保证了较高流速载气中I-131蒸气的吸收效率。蒸馏结束关闭加热电源后立即向套管内通入常温压缩空气，快速流动的空气将炉体辐射的热量高效带走，对蒸馏管及其内的蒸馏残渣起到了隔热降温作用，大幅度缩短了蒸馏残渣的冷却时间。本发明的干馏吸收器的结构紧凑、小巧，安全性和可靠性好。

附图说明

图1是本发明的套管式I-131干馏吸收器的总体结构示意图；

图2是本发明中的吸收槽的俯视结构示意图；

图3是本发明中的吸收槽的A-A剖视结构示意图；

图4是图1中的B-B剖视结构示意图；

图5是本发明中的吸收槽的C-C剖视结构示意图；

图6是本发明中的蒸馏套管的D-D剖视结构示意图；

图中 1.碱液罐 2.水浴罐 3.盘管 4.钢丝网 5.三通阀 6.两通阀 7. 挡板 8.加料管 9.进水管 10.排水管 11.套管 12.蒸馏管 13.塞子 14.进气管 15.排气管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1

图1是本发明的套管式I-131干馏吸收器的总体结构示意图，图2是本发明中的吸收槽的俯视结构示意图，图3是本发明中的吸收槽的A-A剖视结构示意图，图4是图1中的B-B剖视结构示意图，图5是本发明中的吸收槽的C-C剖视结构示意图，图6是本发明中的蒸馏套管的D-D剖视结构示意图。在图1~图6中，本发明的套管式I-131干馏吸收器，包括竖直设置的吸收槽部分和水平设置的蒸馏套管部分；其中，所述的吸收槽部分含有碱液罐1、水浴罐2、盘管3，蒸馏套管部分含有套管11、蒸馏管12，蒸馏管12一端为喇叭口。上述干馏吸收器的连接关系是，所述的蒸馏管12置于套管11内，套管11一端与蒸馏管12的喇叭口固定连接，套管11另一端与碱液罐1侧壁固定连接。所述的水浴罐2置于碱液罐1内，盘管3置于水浴罐2内。所述的盘管3的上端管道斜向上依次穿过水浴罐2、碱液罐1、套管11、穿进蒸馏管12并与水浴罐2、碱液罐1、蒸馏管12分别密封性固定连接，盘管3上端管道与水平线之间有一夹角；盘管3下端管道垂直穿出水浴罐2底部中央并与水浴罐2密封性固定连接。所述的碱液罐1顶部侧向和底部中央分别固定设置有连通的三通阀5、两通阀6，在三通阀5与水浴罐2顶之间的碱液罐1内侧壁上固定设置有圆环形的挡板7。所述的水浴罐2设置有L型的加料管8、进水管9、L型的排水管10，加料管8的上端水平穿出碱液罐1侧壁并与碱液罐1密封性固定连接，加料管8的下端垂直向下穿出水浴罐2并与水浴罐2密封性固定连接，进水管9与排水管10的下端并排水平贯穿水浴罐2和碱液罐1下部并分别与水浴罐2、碱液罐1密封性固定连接，排水管10的上端口置于水浴罐2内并与水浴罐2顶部有一间隙。所述的套管11的两端分别设置有进气管14、排气管15。所述的蒸馏管12喇叭口内配合设置有塞子13，蒸馏管12下方通过连接块与套管11内壁固定连接。所述的碱液罐1与水浴罐2侧壁通过连接块固定连接，在碱液罐1与水浴罐2侧壁之间设置有钢丝网4，钢丝网4与碱液罐1和水浴罐2分别接触。所述的盘管3上端管道与水平线之间的夹角为5°~10°。所述的套管11与蒸馏管12侧壁之间的间隙为10mm~20mm。所述的套管11、蒸馏管12的水平轴心线为重合设置；所述的碱液罐1、水浴罐2、盘管3的纵轴心线为重合设置。所述的套管11的水平轴心线与碱液罐1的纵轴心线为交叉设置。所述的碱液罐1、水浴罐2、盘管3、三通阀5、两通阀6、挡板7、加料管8、进水管9、排水管10、套管11、蒸馏管12、塞子13、进气管14、排气管15及连接块均采用石英玻璃制作。所述的钢丝网4采用不锈钢制作。如图1~图6所示。

所述的套管11的部分水平置于外接的加热炉内，通过加热到约750℃将置于蒸馏管12内的堆照TeO₂熔融馏出的碘-131包含在管内，并被载气载入碱液罐1。所述的套管11上的进气管14外接压缩空气罐，在蒸馏结束后从进气管14注入高速的压缩空气并从排气管15排出，可迅速带走高温炉体对蒸馏管12的辐射热和蒸馏管12自身的热量而加快蒸馏管12及其内置的蒸馏残渣降温。所述的碱液罐1上三通阀5的一支管外接二联球，用于对碱液罐1内吸收液加压使其从下至上液浸泡洗脱冷凝在盘管3内壁的碘-131，有利于减少碘-131的吸附损失；三通阀5的另一支管依次外接尾气处理装置、真空泵，利用真空泵驱动载气定向流经盘管3、碱液罐1和尾气处理装置以对高温载气进行处理。所述的水浴罐2的底部和侧面与碱液罐1之间的距离较小，有利于减少吸收液的装量以实现高浓度Na¹³¹I生产。所述的盘管3的上端管道以一定角度斜向上设置，有利于防止加压驱使吸收液从下至上液浸泡洗脱凝结在盘管3内壁时吸收液漫过盘管进入蒸馏套管造成损失。所述的加料管8依次外接蠕动泵、贮料瓶，利用蠕动泵向碱液罐1定量加入吸收液。所述的进水管9、排水管10外接循环冷却水装置，保证水浴罐2内冷却水自下而上快速流动以带走高温载气对吸收液的传热。所述的挡板7设置的作用是防止过大气流导致吸收液剧烈鼓泡涌入三通阀5支管而损失。

本实施例中，所述的盘管3的上端管道斜向上与水平线之间的夹角为5°。

本实施例中，所述的套管11与蒸馏管12侧壁之间的间隙为10mm。

本发明的工作流程如下，开启蠕动泵将一定量的吸收液经加料管8注入碱液罐1内，再开打开循环冷却水装置将冷却水经进水管9从水浴罐2底部注入、从水浴罐2顶部经排水管10排出，分别对碱液罐1内的吸收液和盘管3进行冷却。打开加热炉对置于蒸馏管12内的堆照TeO₂加热至约750℃，同时打开真空泵抽气，蒸馏炉中载有碘-131蒸气的高温载气经置于水浴罐2中的盘管3送入碱液罐1底部鼓泡，载气在盘管3内自上而下的流动过程中被逐步冷却，载气在接触碱液罐1内的吸收液，并从碱液罐1底部向上穿过浸在吸收液中的钢丝网4，再从三通阀5排出的过程中，交换给吸收液的热量和I-131与碱的反应热都通过热交换被水浴罐2中的冷水迅速带走，使吸收液的温度在整个生产过程中保持常温或升温幅度较小。蒸馏结束关闭加热电源后，从进气管14通入常温压缩空气，将高温炉体对蒸馏管12的热辐射和蒸馏管12的热量迅速带走，从而加快蒸馏管12及其内的蒸馏残渣的冷却，并在蒸馏管12温度低于150℃（最好接近室温）后关闭三通阀5与尾气处理装置的连通，采用二联球回压吸收液从下至上液浸泡洗脱凝结在盘管3内壁的碘-131，然后卸除二联球压力，浸泡洗脱液流回碱液罐1，打开两通阀6将碱液罐1内的吸收液放入专用玻璃瓶内，取出蒸馏残渣并妥善处理，实现对高温载气中碘-131蒸气的高收率和Na¹³¹I溶液的高效、安全生产。

实施例2

本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，盘管3的上端管道斜向上与水平线之间的夹角为10°，套管11与蒸馏管12侧壁之间的间隙为20mm。

Claims (5)

1.套管式I-131干馏吸收器，其特征在于：所述的干馏吸收器包括竖直设置的吸收槽部分和水平设置的蒸馏套管部分；其中，所述的吸收槽部分含有碱液罐（1）、水浴罐（2）、盘管（3），蒸馏套管部分含有套管（11）、蒸馏管（12），蒸馏管（12）一端为喇叭口；上述干馏吸收器的连接关系是，所述的蒸馏管（12）置于套管（11）内，套管（11）一端与蒸馏管（12）的喇叭口固定连接，套管（11）另一端与碱液罐（1）侧壁固定连接；所述的水浴罐（2）置于碱液罐（1）内，盘管（3）置于水浴罐（2）内；所述的盘管（3）的上端管道斜向上依次穿过水浴罐（2）、碱液罐（1）、套管（11）、穿进蒸馏管（12）并与水浴罐（2）、碱液罐（1）、蒸馏管（12）分别密封性固定连接，盘管（3）上端管道与水平线之间有一夹角；盘管（3）下端管道垂直穿出水浴罐（2）底部中央并与水浴罐（2）密封性固定连接；

所述的碱液罐（1）顶部侧向和底部中央分别固定设置有连通的三通阀（5）、两通阀（6），在三通阀（5）与水浴罐（2）顶之间的碱液罐（1）内侧壁上固定设置有圆环形的挡板（7）；所述的水浴罐（2）内设置有L型的加料管（8）、进水管（9）、L型的排水管（10），加料管（8）的上端水平穿出碱液罐（1）侧壁并与碱液罐（1）密封性固定连接，加料管（8）的下端垂直向下穿出水浴罐（2）并与水浴罐（2）密封性固定连接，进水管（9）与排水管（10）的下端并排水平贯穿水浴罐（2）和碱液罐（1）下部并分别与水浴罐（2）、碱液罐（1）密封性固定连接，排水管（10）的上端口置于水浴罐（2）内并与水浴罐（2）顶部有一间隙；

所述的套管(11)的两端分别设置有进气管(14)、排气管(15)；所述的蒸馏管（12）喇叭口内配合设置有塞子（13），蒸馏管（12）下方通过连接块与套管（11）内壁固定连接；所述的碱液罐（1）与水浴罐（2）侧壁通过连接块固定连接，在碱液罐（1）与水浴罐（2）侧壁之间设置有钢丝网（4），钢丝网（4）与碱液罐（1）和水浴罐（2）分别接触。

2.根据权利要求1所述的套管式I-131干馏吸收器，其特征在于：所述的盘管（3）上端管道与水平线之间的夹角为5°~10°。

3.根据权利要求1所述的套管式I-131干馏吸收器，其特征在于：所述的套管（11）与蒸馏管（12）侧壁之间的间隙为10mm~20mm。

4.根据权利要求1所述的套管式I-131干馏吸收器，其特征在于：所述的套管（11）、蒸馏管（12）的水平轴心线为重合设置；所述的碱液罐（1）、水浴罐（2）、盘管（3）的纵轴心线为重合设置；所述的套管（11）的水平轴心线与碱液罐（1）的纵轴心线为交叉设置。

5.根据权利要求1所述的套管式I-131干馏吸收器，其特征在于：所述的碱液罐（1）、水浴罐（2）、盘管（3）、三通阀（5）、两通阀（6）、挡板（7）、加料管（8）、进水管（9）、排水管（10）、套管（11）、蒸馏管（12）、塞子（13）、进气管（14）、排气管（15）及连接块均采用石英玻璃制作；所述的钢丝网（4）采用不锈钢制作。

Images