CN110544544B - 一种连续产生碘蒸汽的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于核燃料后处理技术领域，具体涉及一种连续产生碘蒸汽的装置及方法。所述一种连续产生碘蒸汽的装置包括一端连接工作气体输入设备，另一端为气体输出端的U型管(2)；所述U型管(2)的两端朝上，所述U型管(2)的U型段设置在加热设备当中；所述U型段内填充由碘粉和多孔材料组成的混合物，所述混合物能够在受热后产生碘蒸汽。本发明解决了碘蒸汽生产过程中由于局部碘浓度太高，碘分子之间相互作用造成结块的问题，能够产生连续稳定的碘蒸汽，能够保证模拟含碘尾气实验稳定运行。

Description

一种连续产生碘蒸汽的装置及方法
技术领域
本发明属于核燃料后处理技术领域，具体涉及一种连续产生碘蒸汽的装置及方法。
背景技术
碘是反应堆乏燃料中重要的裂变产物元素，有多种同位素，其中129I因其很长的半衰期(1.57×108年)，是长寿命放射性核素。燃耗为3.3GW/dtU的乏燃料中，129I约有270g/tU(1.388×109Bq/tU)，并且含量随着燃耗的增加而增加。在乏燃料后处理过程中碘会进入尾气处理系统。由于129I的强放射性，长半衰期，以及在环境中的高迁移性，需要对碘进行捕集和吸附，使其达到尾气排放标准。在开展碘的捕集和吸附研究的过程，需要模拟含碘尾气，目前常用的方法是将碘粉放置在容器中，控制温度和压力产生碘蒸汽，采用气体将其载带出来。该方法能够产生碘蒸汽，但是碘蒸汽在开始阶段挥发较快，碘浓度较高，在实验后期碘粉量降低，碘的挥发减慢，碘的浓度降低，不能连续的稳定的产生碘蒸汽；同时在加热碘粉过程，碘容易结块，导致实验运行不稳定。
发明内容
针对目前采用的碘蒸汽生产方法的问题，发明的目的是提供一种连续产生碘蒸汽的方法和装置，以便获得连续稳定的碘蒸汽，解决碘粉在加热过程中结块的问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种连续产生碘蒸汽的装置，其中，包括一端连接工作气体输入设备，另一端为气体输出端的U型管；所述U型管的两端朝上，所述U型管的U型段设置在加热设备当中；所述U型段内填充由碘粉和多孔材料组成的混合物，所述混合物能够在受热后产生碘蒸汽。
进一步，所述工作气体输入设备包括一端连接储气瓶的输入管线，所述输入管线的另一端连接到所述U型管的一端，所述输入管线上设置有串联的减压阀和第一气体流量计，所述减压阀靠近所述储气瓶。
进一步，所述气体输出端通过输出管线连接至吸收系统，用于向所述吸收系统提供碘蒸汽；所述输出管线上设有串联的压力表和第一阀门，所述压力表靠近所述气体输出端。
进一步，还包括连接在所述输出管线上的取样管线，所述取样管线的一端连接在所述压力表和第一阀门之间的所述输出管线上，所述取样管线的另一端连接至取样口，所述取样管线上设有串联的第二阀门和气体流量计，所述第二阀门靠近所述输出管线。
进一步，所述加热设备为恒温水浴槽，所述U型段浸没在所述恒温水浴槽内部的加热用水的液面之下，所述恒温水浴槽能够调整所述加热用水的温度，从而实现对所述U型段的恒温加热。
进一步，所述多孔材料为带孔的玻璃小球或者毛细管或者沸石。
进一步，所述储气瓶中的工作气体为氮气。
为达到以上目的，本发明还公开了用于上述的连续产生碘蒸汽的装置的一种连续产生碘蒸汽的方法，包括如下步骤：
步骤S1，关闭第一阀门和第二阀门，将所述碘粉与所述多孔材料均匀混合后装入所述U型管中；
步骤S2，设置所述恒温水浴槽的设定温度，使得所述加热用水的温度达到所述设定温度；
步骤S3，当所述加热用水的温度达到所述设定温度后，依次打开所述第二阀门和所述储气瓶，根据第一气体流量计显示的流量，调节所述减压阀，从所述取样口取样分析所述工作气体中的碘浓度，根据所述第二气体流量计记录取样体积，根据所述压力表记录压力变化；
步骤S4，调节所述恒温水浴槽的温度和所述工作气体的流量，使所述工作气体中的碘浓度达到目标所需浓度；
步骤S5，关闭所述第二阀门，打开所述第一阀门，所述U型管即可产生连续稳定的碘蒸汽供应所述吸收系统。
本发明的有益效果在于：
本发明所提供的一种连续产生碘蒸汽的装置及方法，碘粉与多孔材料均匀混合后使加热过程中碘粉的受热更加均匀，避免了局部碘浓度太高，碘分子之间相互作用造成结块的问题；同时碘粉被均匀分散于多孔材料的孔洞内及外表面，使比表面积恒定，避免了初期碘蒸汽大量溢出，后期很少量溢出的现象，能够产生连续稳定的碘蒸汽，能够保证模拟含碘尾气实验稳定运行。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的一种连续产生碘蒸汽的装置的示意图(虚线为恒温水浴槽中的加热用水的液面)；
图中：1-恒温水浴槽，2-U型管，3-均匀混合的碘粉和多孔材料，4-储气瓶，5-减压阀，6-第一气体流量计，7-压力表，8-第一阀门，9-第二阀门，10-第二气体流量计，11-输入管线，12-输出管线，13-取样管线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明提供的一种连续产生碘蒸汽的装置，包括加热设备、U型管2、工作气体输入设备、输入管线11、输出管线12和取样管线13。
U型管2一端(输入一端)通过输入管线11连接工作气体输入设备，另一端为气体输出端，连接输出管线12；U型管2的两端朝上，U型管2的U型段设置在加热设备当中；U型段内填充由碘粉和多孔材料组成的混合物，混合物能够在受热后产生碘蒸汽。多孔材料为带孔的玻璃小球或者毛细管或者沸石。
工作气体输入设备包括储气瓶4、减压阀5和第一气体流量计6。储气瓶4连接在输入管线11一端，用于提供工作气体，输入管线11的另一端连接到U型管2的一端(输入一端)，减压阀5和第一气体流量计6串联设置在输入管线11上，减压阀5靠近储气瓶4，第一气体流量计6靠近U型管2；通过减压阀5和第一气体流量计6调节和测量工作气体的通入量。储气瓶4中的工作气体为氮气。
输出管线12的一端设置在U型管2的气体输出端上，通过输出管线12的另一端连接至吸收系统，用于向吸收系统提供碘蒸汽；输出管线12上设有串联的压力表7和第一阀门8，压力表7靠近气体输出端，第一阀门8靠近吸收系统。
取样管线13设置在输出管线12上，取样管线13的一端连接在压力表7和第一阀门8之间的输出管线12上，取样管线13的另一端连接至取样口，取样管线13上设有串联的第二阀门9和第二气体流量计10，第二阀门9靠近输出管线12，第二气体流量计10靠近取样口。在取样口能够取样分析工作气体中的碘浓度。
加热设备为恒温水浴槽1，U型段浸没在恒温水浴槽1内部的加热用水的液面之下，恒温水浴槽1能够调整加热用水的温度，从而实现对U型段的恒温加热，并控制U型段的加热温度。
本发明还公开了用于上述的连续产生碘蒸汽的装置的一种连续产生碘蒸汽的方法，包括如下步骤：
步骤S1，关闭第一阀门8和第二阀门9，将碘粉与多孔材料均匀混合后装入U型管2中；
步骤S2，设置恒温水浴槽1的设定温度，使得加热用水的温度达到设定温度；
步骤S3，当加热用水的温度达到设定温度后，依次打开第二阀门9和储气瓶4，根据第一气体流量计6显示的流量，调节减压阀5，从取样口取样分析工作气体中的碘浓度，根据第二气体流量计10记录取样体积，根据压力表7记录压力变化；
步骤S4，调节恒温水浴槽1的温度和工作气体的流量，使工作气体中的碘浓度达到目标所需浓度；
步骤S5，关闭第二阀门9，打开第一阀门8，U型管2即可产生连续稳定的碘蒸汽供应吸收系统。
举例说明本发明所提供的一种连续产生碘蒸汽的装置及方法的实际应用：
如图1所示的装置，U型管2的体积为20ml，关闭第一阀门8和第二阀门9，将毛细管敲碎放入U型管2中，再称量1-2g碘粉加入U型管2中，使碘粉和毛细管混匀混合；
将U型管2的U型段放入恒温水浴槽1中，U型管2连接输入管线11和输出管线12；
加热水浴温度到30℃，依次打开第二阀门9和储气瓶4，通过减压阀5调节氮气流量为60ml/min，从取样管线13中测得气体中碘浓度为100-120mg/m3；
调整水浴加热温度50℃，关闭第二阀门9，打开第一阀门8，通过减压阀5调节氮气流量为100ml/min，可得到气体中碘浓度250-280mg/m3，并供应吸收系统用于实验工作。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (4)

1.一种连续产生碘蒸汽的装置，其特征是：包括一端连接工作气体输入设备，另一端为气体输出端的U型管（2）；所述U型管（2）的两端朝上，所述U型管（2）的U型段设置在加热设备当中；所述U型段内填充由碘粉和多孔材料组成的混合物，所述混合物能够在受热后产生碘蒸汽；
所述工作气体输入设备包括一端连接储气瓶（4）的输入管线（11），所述输入管线（11）的另一端连接到所述U型管（2）的一端，所述输入管线（11）上设置有串联的减压阀（5）和第一气体流量计（6），所述减压阀（5）靠近所述储气瓶（4）；
所述气体输出端通过输出管线（12）连接至吸收系统，用于向所述吸收系统提供碘蒸汽；所述输出管线（12）上设有串联的压力表（7）和第一阀门（8），所述压力表（7）靠近所述气体输出端；
所述加热设备为恒温水浴槽（1），所述U型段浸没在所述恒温水浴槽（1）内部的加热用水的液面之下，所述恒温水浴槽（1）能够调整所述加热用水的温度，从而实现对所述U型段的恒温加热；
所述多孔材料为带孔的玻璃小球或者毛细管或者沸石；所述碘粉被均匀分散于所述多孔材料的孔洞内及外表面，使比表面积恒定，能够产生连续稳定的碘蒸汽。
2.如权利要求1所述的一种连续产生碘蒸汽的装置，其特征是：还包括连接在所述输出管线（12）上的取样管线（13），所述取样管线（13）的一端连接在所述压力表（7）和第一阀门（8）之间的所述输出管线（12）上，所述取样管线（13）的另一端连接至取样口，所述取样管线（13）上设有串联的第二阀门（9）和第二气体流量计（10），所述第二阀门（9）靠近所述输出管线（12）。
3.如权利要求1所述的一种连续产生碘蒸汽的装置，其特征是：所述储气瓶（4）中的工作气体为氮气。
4.如权利要求2所述的连续产生碘蒸汽的装置的一种连续产生碘蒸汽的方法，包括如下步骤：
步骤S1，关闭第一阀门（8）和第二阀门（9），将所述碘粉与所述多孔材料均匀混合后装入所述U型管（2）中；
步骤S2，设置所述恒温水浴槽（1）的设定温度，使得所述加热用水的温度达到所述设定温度；
步骤S3，当所述加热用水的温度达到所述设定温度后，依次打开所述第二阀门（9）和所述储气瓶（4），根据第一气体流量计（6）显示的流量，调节所述减压阀（5），从所述取样口取样分析所述工作气体中的碘浓度，根据所述第二气体流量计（10）记录取样体积，根据所述压力表（7）记录压力变化；
步骤S4，调节所述恒温水浴槽（1）的温度和所述工作气体的流量，使所述工作气体中的碘浓度达到目标所需浓度；
步骤S5，关闭所述第二阀门（9），打开所述第一阀门（8），所述U型管（2）即可产生连续稳定的碘蒸汽供应所述吸收系统。
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