CN110220767A - 水体放射性核素的自动浓缩装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水体放射性核素的自动浓缩装置，包括：浓缩瓶、加热装置和真空泵，其中，浓缩瓶用于对样品液进行富集浓缩，真空泵用于为装置提供负压；冷凝循环系统，以在负压下，与装置的蒸气进行热交换；检测组件，用于采集与浓缩相关的当前数据；控制组件，用于根据当前数据控制浓缩瓶和冷凝循环系统，得到浓缩后的水体放射性核素。该装置可以实现自动化，保证富集的一致性，有效解决目前针对水体放射性核素富集速度慢、同一批次处理过程数据一致性较差的问题。

Description

水体放射性核素的自动浓缩装置

技术领域

本发明涉及放射性核素技术领域，特别涉及一种水体放射性核素的自动浓缩装置。

背景技术

随着核能的开发和核能的和平利用，生产过程中产生的废水增多，对环境水体的威胁不断上升。为保障工业生产废水的安全排放和饮用水源的质量，对水体进行放射性测量是一项关系国计民生的重要任务。水体中放射性测量一般分步进行，如图1所示，首先进行总α和总β测量，在总α和总β不超标的情况下认为水是安全的，可以饮用。在总α和总β超标的情况，需要对水体中具体放射性核素进行测量。因此，水中放射性测量是保障饮用水安全的一项很重要的工作。水体中放射性的含量一般都比较低，受到测量仪器的探测限的约束，一般直接无法直接进行测量，需要通过富集后再进行测量。

现有浓缩装置主要有旋转蒸发装置和真空离心浓缩装置。其中，旋转蒸发装置如图2所示，利用加热水浴锅对旋转瓶进行加热，低沸点的溶液气化，从而实现物质分离。为了加快蒸发速率，它通过控制旋转瓶在适当速度下旋转，使溶剂在旋转瓶壁形成一层薄膜，增大蒸发面积。真空离心浓缩装置如图3所示，同旋转蒸发装置一样，它也是利用旋转使试剂瓶表面形成一层薄膜。所不同的是，它主要是利用蒸汽浴对试剂瓶进行加热，也有利用红外加热提高蒸发速率的。它的优势在于可同时处理多个样品，而样品之间不会相互污染。

然而，旋转蒸发装置的旋转瓶在电机的带动下不断旋转，长时间工作后，容易造成密封不严发生泄漏。另外旋转瓶在旋转过程容易发生破碎，造成里面的溶液污染传热介质。如果用于水体放射性核素的富集，旋转瓶发生破碎，将造成放射性污染。这种方法通常收集瓶收集的馏出物通常是期望得到的物质，旋转瓶剩下的物质是不期望得到的物质。对于水体放射性核素的富集来说，馏出物是纯净的水，放射性核素最终都留在旋转瓶内，很难将其自动收集下进行下一步的测量。真空离心浓缩装置的蒸发速率较慢，无法处理大体积水样。而且高速旋转很容易出现不平衡产生振动，容易使试剂瓶产生破碎发生危险。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

放射性水样的传统富集方法是采用平板加热、实验室旋蒸和高速离心浓缩的方式都存在以下弊端：1)平板加热需要人工看守，样品浓缩时间比较长，无法在线实现自动化；2)人工对浓缩瓶进行洗脱；3)实验室的旋蒸仪虽然提高了浓缩的效率，但无法实现在线自动化洗脱的缺点。

如果将实验室旋蒸仪与传统的恒温磁力搅拌器有机结合，从结构上进行优化设计，并用电控方式进行控制，采用定制的真空低温浓缩装置(装置下侧自带排液口，与电磁阀相连)实现样品浓缩后洗脱排液的自动化。采用的是真空低温浓缩工艺将水样品的浓缩时间从数日减少到几小时，从而解决了平板加热需要人工看守及平板常温加热的效率产生的样品液的浓缩时间过长问题。同时采用定制的真空低温浓缩装置(装置下侧自带排液口，与电磁阀相连)实现样品浓缩后洗脱排液的自动化，从而解决实验室旋蒸必须人工洗脱的问题。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种水体放射性核素的自动浓缩装置，该装置可以实现自动化，保证富集的一致性，有效解决目前针对水体放射性核素富集速度慢、同一批次处理过程数据一致性较差、操作依靠人工的问题。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种水体放射性核素的自动浓缩装置，包括：浓缩瓶、加热装置和真空泵，其中，所述浓缩瓶用于对样品液进行富集浓缩，所述加热装置对浓缩瓶进行加热，所述真空泵用于为所述装置提供负压；冷凝循环系统，以在所述负压下，与所述装置的蒸气进行热交换；检测组件，用于采集与浓缩相关的当前数据；控制组件，用于根据所述当前数据控制所述浓缩瓶和所述冷凝循环系统，得到浓缩后的水体放射性核素。

本发明实施例的水体放射性核素的自动浓缩装置，可以适应水体放射性核素的富集，搅拌方式采用磁力搅拌方式，在增大蒸发面积，提升蒸发速度的同时，克服传统搅拌方式的问题；蒸发器采用静态固定方式，克服了动态固定方式的密封问题和降低蒸发器发生破碎造成放射性污染的可能性；在蒸发器的下端增加浓缩液排出管，可以实现水体放射性核素富集后的液体排出；通过降低蒸发器内部的压强，降低液体的沸点，实现提升蒸发速度的同时，减少了传热介质的损失，从而可以实现自动化，保证富集的一致性，有效解决目前针对水体放射性核素富集速度慢、同一批次处理过程数据一致性较差、操作依靠人工的问题。

另外，根据本发明上述实施例的水体放射性核素的自动浓缩装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述冷凝循环系统包括：冷凝管，所述冷凝管的出口与所述真空泵相连，所述冷凝管的入口与浓缩瓶相连；冷凝循环机，所述冷凝循环机的出口接入所述冷凝管的冷凝液入口，所述冷凝循环机的入口接入所述冷凝管的冷凝液出口，以在负压下，使得蒸气进入所述冷凝管与所述冷却循环机内的冷却液进行热交换。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述冷凝循环系统还包括：与所述冷凝管和所述冷凝循环机相连的冷凝管支架。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述检测组件包括称重传感器、温度传感器、水位传感器、转速传感器和气泡传感器中的一项或多项。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述浓缩瓶的底部具有排口，以对所述浓缩后的样品液进行洗脱排空。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：旋转磁场产生装置，用于根据目标工况对所述样品液进行磁力搅拌。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为相关技术的水体放射性测量流程；

图2为相关技术的旋转蒸发装置实物图；

图3为相关技术的真空离心浓缩仪实物图；

图4为根据本发明实施例的水体放射性核素的自动浓缩装置的结构示意图；

图5为根据本发明一个实施例的水体放射性核素的自动浓缩装置的结构示意图；

图6为根据本发明一个实施例的水体放射性核素的自动浓缩装置的局部放大示意图

图7为根据本发明实施例的水体放射性核素的自动浓缩装置的核心部件三维效果图；

图8为根据本发明实施例的水体放射性核素的自动浓缩装置的工作原理示意图。

附图标记说明：

水体放射性核素的自动浓缩装置100、浓缩瓶110和真空泵120、冷凝循环系统130、检测组件140、控制组件150、加热装置160、冷凝循环机2、冷凝管支架3、堵头4、隔离盖5、冷凝管组件6、柱塞泵7、挂架8、硅胶管9、称量架10、直流伺服电机11、电机支架12、测速组件13、倒锥接头组件14、排水阀15、连接块16、称重传感器17、端盖18、玻璃水浴锅19、压环20、加热管22、磁石旋转组件23、电磁阀24、气泡传感器25和磁力搅拌子26。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的水体放射性核素的自动浓缩装置。

图4是本发明实施例的水体放射性核素的自动浓缩装置的结构示意图。

如图4所示，该水体放射性核素的自动浓缩装置100包括：浓缩瓶110和真空泵120、冷凝循环系统130、检测组件140和控制组件150和加热装置160。

其中，浓缩瓶110和真空泵120，其中，浓缩瓶110用于对样品液进行富集浓缩，加热装置160对浓缩瓶进行加热，真空泵120用于为装置100提供负压。冷凝循环系统130，以在负压下，与装置100的蒸气进行热交换。检测组件140用于采集与浓缩相关的当前数据。控制组件150用于根据当前数据控制浓缩瓶110和冷凝循环系统130，得到浓缩后的水体放射性核素。本发明实施例的装置100可以实现自动化，保证富集的一致性，有效解决目前针对水体放射性核素富集速度慢、同一批次处理过程数据一致性较差的问题。

进一步地，在本发明的一个实施例中，浓缩瓶110的底部具有排口，以对浓缩后的样品液进行洗脱排空。

具体而言，样品液的富集浓缩在定制的浓缩瓶110中完成，根据浓缩样品液的多少，可以定制不同容积的浓缩瓶。浓缩瓶110在整个浓缩过程中都处于静止状态，浓缩瓶下方自带排口，可以实现在线洗脱排空，从而有效解决了传统旋蒸仪和高速离心浓缩不能满足自动洗脱、浓缩液排空的问题。

进一步地，在本发明的一个实施例中，冷凝循环系统130包括：冷凝管、冷凝循环机和冷凝管支架。

其中，冷凝管的出口与真空泵120相连，冷凝管的入口与浓缩瓶110相连。冷凝循环机的出口接入冷凝管的冷凝液入口，冷凝循环机的入口接入冷凝管的冷凝液出口，以在负压下，使得蒸气进入冷凝管与冷却循环机内的冷却液进行热交换。

具体而言，如图5和图6所示，冷凝循环系统130由冷凝循环机2、冷凝管组件6、冷凝管支架3、阀和各连接之间的管路等组成。真空泵120为本发明实施例的装置100提供负压，将冷却循环机2的出口接入冷凝管的冷凝液入口，同时真空泵110的入口与冷凝管的出口相连，在真空泵的负压下，本发明实施例的装置100内的蒸气进入冷凝管与冷却循环机2内的冷却液进行热交换，从而实现快速降温冷却的作用，从而加快了样品液富集浓缩的速度。

进一步地，在本发明的一个实施例中，检测组件130包括称重传感器、温度传感器、水位传感器、转速传感器和气泡传感器中的一项或多项。

具体而言，如图5所示，传感器包括称重传感器、温度传感器、水位传感器、转速传感器和气泡传感器等。称重传感器17用来称量整个浓缩瓶110在浓缩过程中质量变化，以监视浓缩进度。温度传感器用以测量玻璃水浴锅19中的水的温度，通过加热管22和控制单元的配合，实现玻璃水浴锅19温度保持在一个恒定状态。水位传感器是用来监测玻璃水浴锅19中水的位置，防止出现干烧的情况。气泡传感器用来监测管路中是否出现气泡。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的装置100还包括：旋转磁场产生装置。其中，旋转磁场产生装置，用于根据目标工况对样品液进行磁力搅拌。

具体而言，如图5所示，为了增加本发明实施例的装置100的富集浓缩速度，同时减小内部样品液在加热过程中的暴沸，在装置100的下侧安装了旋转磁场产生装置，通过电机带动磁铁旋转23从而带动浓缩装置100内的磁珠实现搅拌，且电机的速度根据液体加热的情况进行调整，从而满足工况的实际的需要。本发明实施例的装置100内的真空度可以根据富集浓缩的需要进行调整，参数的调整可以通过真空调压阀来实现。本发明实施例的装置100内的液体与外侧的水浴锅的水进行热交换，而水浴锅内的水由加热棒提供热能，在水浴锅内下侧安装了循环泵实现整个水浴的循环，以保证整个浴水的温度均衡。

进一步地，样品液在浓缩装置100内完全蒸干后，通定量泵加定量的洗脱液，并启动旋转磁场驱动搅拌器从而将吸附在浓缩装置100内壁的物质洗脱，再用定量泵将洗脱液抽取到测量的容量瓶内进到测量装置。为了防止上一次的样品浓缩富集后有残留影响，需要用下一次的样品液清洗浓缩装置100。整个装置100的所有工作流程均在无人值守的情况下完成。

另外，本发明实施例的装置100的核心部件三维效果图如图7所示，包括抽真空管1○、蒸发器2○、加热器3○、传热介质4○、浴水桶5○、搅拌驱动器○6和搅拌电机7○。

下面将结合图8对水体放射性核素的自动浓缩装置100的工作原理进行进一步阐述，首先通过自控系统中的控制面板进行操作完成，主要包括加样品液、加浴水、真空低温浓缩富集、富集后的物质的洗脱与收集、以及装置清洗6个环节，具体包括：

首先开启V8进行加浴水，同时打开冷却循环器，当水位到达浓缩装置上侧的水位传感器时停止浴水的加注，此时加热棒通电开始给浴水加热，同时将B1打开对浴水进行循环，加快浴水与真空浓缩瓶的热交换。当浴水到达指定温度时，开启真空泵对浓缩装置100进行抽真空，当与浓缩装置100相连的真空压力表到达指定的压力后，打开V1进样水，样水自动吸入(定量)，此时关闭V1，并起动真空低温浓缩装置下方的磁力搅拌器，带动浓缩装置内的磁珠进行搅拌，从而减小受热不均引起暴沸同时增加热交换受热面积。当样品液蒸干以后首先停止搅拌与加热，打开V4，排出浴水直至下水位传感器动作。接着打开V5通电驱动定量泵抽取一定量的洗脱液并关闭V5；接着打开V3，定量泵复位排出一定量的洗脱液到浓缩瓶，关闭V3，启运搅拌器搅拌，搅拌3分钟后停止搅拌，并静置5分钟后，打开V3，定量泵抽完浓缩瓶内的液体。V5、V7断电结束。整个真空低温富集制样结束。

装置清洗。首先纯水进入样水池，开启真空泵；V1打开将纯水注入真空瓶内后。此时关闭V1，并起动浓缩装置100下方的磁力搅拌器，带动磁珠进行搅拌从而用高速旋转的水流洗脱浓缩瓶内侧壁可能的存在的吸附物质。接着打开V2、定量泵，B2排尽清洗液。整个系统重复上述流程，完成系统的多次清洗，清洗流程结束。

根据本发明实施例提出的水体放射性核素的自动浓缩装置，可以适应水体放射性核素的富集，搅拌方式采用磁力搅拌方式，在增大蒸发面积，提升蒸发速度的同时，克服传统搅拌方式的问题；蒸发器采用静态固定方式，克服了动态固定方式的密封问题和降低蒸发器发生破碎造成放射性污染的可能性；在蒸发器的下端增加浓缩液排出管，可以实现水体放射性核素富集后的液体排出；通过降低蒸发器内部的压强，降低液体的沸点，实现提升蒸发速度的同时，减少了传热介质的损失，从而可以实现自动化，保证富集的一致性，有效解决目前针对水体放射性核素富集速度慢、同一批次处理过程数据一致性较差的问题。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种水体放射性核素的自动浓缩装置，其特征在于，包括：

浓缩瓶、加热装置和真空泵，其中，所述浓缩瓶用于对样品液进行富集浓缩，所述加热装置对浓缩瓶进行加热，所述真空泵用于为所述装置提供负压；

冷凝循环系统，以在所述负压下，与所述装置的蒸气进行热交换；

检测组件，用于采集与浓缩相关的当前数据；以及

控制组件，用于根据所述当前数据控制所述浓缩瓶和所述冷凝循环系统，得到浓缩后的水体放射性核素。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述冷凝循环系统包括：

冷凝管，所述冷凝管的出口与所述真空泵相连，所述冷凝管的入口与浓缩瓶相连；

冷凝循环机，所述冷凝循环机的出口接入所述冷凝管的冷凝液入口，所述冷凝循环机的入口接入所述冷凝管的冷凝液出口，以在负压下，使得蒸气进入所述冷凝管与所述冷却循环机内的冷却液进行热交换。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述冷凝循环系统还包括：

与所述冷凝管和所述冷凝循环机相连的冷凝管支架。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测组件包括称重传感器、温度传感器、水位传感器、转速传感器和气泡传感器中的一项或多项。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述浓缩瓶的底部具有排口，以对所述浓缩后的样品液进行洗脱排空。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：

旋转磁场产生装置，用于根据目标工况对所述样品液进行磁力搅拌。