CN110694565A - 一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种连续进料制备放射性碘‑131的生产装置，包括干馏炉，所述干馏炉包括加热炉体，加热炉体内设置有T型炉管，T型炉管包括大圆管，大圆管的两端分别与进气管Ⅰ和出气管连通，出气管与吸收装置连接，大圆管的侧壁上垂直设置有小圆管，大圆管内放置料舟，料舟包括相通的上层和下层，上层为熔料池，下层为废料池，熔料池设置在小圆管下方，所述干馏炉的上方设置有加料装置，所述加料装置包括加料漏斗，加料漏斗的底部通过中空管与小圆管连通，中空管的上端和下端分别设置有加料阀门Ⅰ和加料阀门Ⅱ，还包括控制系统，所述控制系统内设置有用于实现自动化控制的控制器。本发明解决了现有干法工艺处理量小且无法连续进料的问题。

Description

一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置
技术领域
本发明涉及放射性同位素制备技术领域，具体涉及一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置。
背景技术
碘-131是一种十分重要的医用放射性同位素，临床上主要用于甲状腺功能诊断、甲状腺机能亢进症和甲状腺癌转移灶的治疗。此外，碘-131还是多种标记药物的重要原料，用于肾、肝、心肌、脑显像和杀伤多种实体肿瘤细胞。然而，目前国内碘-131大部分依赖进口。
碘-131主要有两种生产方式：一种是用富集的铀-235做靶材料，通过裂变反应235U(n,f)131I得到碘-131，但是这种生产过程有副反应，产生杂质多，分离提纯工艺条件复杂，产生大量高放废液。另一种是用碲或碲的化合物(如TeO2)做靶料，通过(n,γ)反应得到碲-131，再经β衰变而获得碘-131，这种生产碘-131的生产方法在后期提取分离过程中又分为湿法和干法两种工艺。湿法工艺在提取过程中需要使用大量的强腐蚀性铬酸和硫酸溶解靶料，因此会产生大量的放射性强酸废液，存在废液多、处理难度大等问题。20世纪90年代，中国核动力院和原子能院，先后自主研究建立了堆照TeO2干法蒸馏生产碘-131的工艺，取代了过去一直应用的湿法提取工艺。该法以TeO2为靶料，将TeO2在200℃下干燥后压片，制靶，靶料经辐照后，700℃左右高温下干馏，碘-131由载气输送至吸收瓶，被NaOH溶液吸收，制得产品。这种方法实质为单批次处理，单次TeO2靶料的处理能力一般小于100g、处理量小且无法实现连续进料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，解决现有干法工艺处理量小且无法连续进料的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，包括干馏炉，所述干馏炉包括加热炉体，所述加热炉体内设置有保温层和电阻丝，所述加热炉体为前端和后端设置有炉盖，所述加热炉体内设置有T型炉管，所述T型炉管包括大圆管，所述大圆管的两端分别与进气管Ⅰ和出气管连通，出气管与吸收装置连接，大圆管的侧壁上垂直设置有小圆管，所述大圆管内放置料舟，所述料舟包括相通的上层和下层，所述上层为熔料池，下层为废料池，所述熔料池设置在小圆管下方，所述大圆管侧壁上设置有放入料舟的开口，所述干馏炉的上方设置有加料装置，所述加料装置包括加料漏斗，所述加料漏斗的底部通过中空管与小圆管连通，所述中空管的上端和下端分别设置有加料阀门Ⅰ和加料阀门Ⅱ，所述中空管与小圆管的连接处设置有进气管Ⅱ，所述进气管Ⅱ和进气管Ⅰ上分别设置有气体阀门Ⅱ和气体阀门Ⅰ，还包括控制系统，所述控制系统内设置有用于实现自动化控制的控制器。
本发明所述吸收装置为现有技术，用于吸附碘蒸气。
优选地，设置有控制料舟自动进出的料舟进出装置，所述料舟进出装置为一个带固定支架的平台和料舟推拉装置，所述料舟推拉装置与控制器电连接。
本发明所述料舟与T型炉管配套，用于装载原料和废料，料舟的上层进行原料的存储和熔化，下层进行废料的存储，料舟下层的容量大于上层容量，具体地，上层原料熔化后流入下层后可以继续干馏碘，上层可以在不停机的状态下进行连续地加料生产，直到下层废料存储量达到上限，停机更换料舟，通过控制加料阀门Ⅰ和加料阀门Ⅱ实现原料自动进入料舟，所述干馏炉与加料装置配合实现了连续进料的功能。
本发明所述吸收装置直接将产生的碘蒸气吸附，产品持续输出，屏蔽工作箱(整个装置放置在屏蔽工作箱内)内的碘-131含量保持在可接受范围内(小于30居里)，减少了屏蔽工作箱的屏蔽厚度需求，减少了人员工作量，降低了人员受照剂量
综上，本发明可以在不停机的状态下进行连续加料生产和产品连续输出，减少了料舟更换频率，减少了碘-131生产过程固体废物的产生，提高了生产效率，减少了人员工作量和受照剂量。如此，本发明解决了现有干法工艺处理量小且无法连续进料的问题。
进一步地，出气管与二氧化碲捕集器连接，所述二氧化碲捕集器与吸收装置连接。
进一步地，二氧化碲捕集器包括壳体，所述壳体内设置有加热保温装置，所述加热保温装置内有二氧化碲捕集盘管，所述二氧化碲捕集盘管为管状结构，所述管状结构的两端分别与出气管、吸收装置连通。
进一步地，二氧化碲捕集盘管在壳体内呈螺旋设置。
进一步地，废料池为半圆柱槽，所述半圆柱槽的一侧上端设置有熔料池。
进一步地，所述料舟上层和下层相通的方式是将熔料池设置在废料池上方的侧壁的高度低于其它侧壁，并且熔料池设置在废料池上方的侧壁设置有液体流动槽，所述液体流动槽沿着熔料池较低一侧的侧壁外壁呈竖直设置，用于将熔料池内的液体引导至废料池。
进一步地，吸收装置的后端连接有尾气处理装置。
进一步地，尾气处理装置为四级吸收，一级吸收用0.1-1mol/l氢氧化钠溶液吸收碘蒸气，二、三、四级吸收均用0.1-5mol/l氢氧化钠溶液吸收尾气。
进一步地，进气管Ⅱ和进气管Ⅰ上分别设置有流量计Ⅱ和流量计Ⅰ。
进一步地，T型炉管的大圆管内径为50-150mm，小圆管内径为10-50mm，所述圆管和小圆管材质均为石英玻璃，所述大圆管和小圆管的端部均凸出于加热炉体。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明所述料舟的上层进行原料的存储和熔化，下层进行废料的存储，料舟下层的容量大于上层容量，可以在不停机的状态下进行连续地加料生产，提高了生产效率，减少了机械手操作和人为操作带来的不安全因素，同时也避免了大量的石英舟放射性固体废物的产生。
2、本发明增加了TeO2捕集器，大大降低了产品中Te杂质的含量。
3、本发明所述料舟分上下两层，当原料进入料舟上层熔融后大部分的碘由于加热挥发，被载气带入吸收装置而被吸附，当流至下层后可以继续干馏碘，提高了工作效率。
4.本发明可以在不停机的状态下进行连续加料生产和产品输出，屏蔽工作箱内的碘-131含量保持在可接受范围内(小于30居里)，减少了屏蔽工作箱的屏蔽厚度需求，减少了人员工作量，降低了人员受照剂量。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为生产装置结构框图；
图2为干馏炉与加料装置配合的示意图；
图3为料舟的结构示意图；
图4为二氧化碲捕集器的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-加料装置，2-干馏炉，3-二氧化碲捕集器，4-吸收装置，5-尾气处理装置，6-控制系统，7-加料漏斗，8-加料阀门Ⅰ，9-中空管，10-加料阀门Ⅱ，11-气体阀门Ⅰ，12-加热炉体，13-电阻丝，14-T型炉管，15-气体阀门Ⅱ，16-流量计Ⅰ，17-进气管Ⅰ，18-出气管，19-进气管Ⅱ，20-流量计Ⅱ，21-熔料池，22-废料池，23-二氧化碲捕集盘管，24-壳体。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1：
如图1-图3所示，一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，包括干馏炉2，所述干馏炉2包括加热炉体12，所述加热炉体12内设置有保温层、电阻丝13和热电偶，所述加热炉体12为长方体型，且加热炉体12为前后开启式，即加热炉体12的前端和后端设置有炉盖，炉盖具有自动开关盖功能，所述炉盖由控制器控制自动开合，所述电阻丝13、热电偶和炉盖与控制器电连接，所述加热炉体12内设置有T型炉管14，所述T型炉管14包括大圆管，所述大圆管的两端分别与进气管Ⅰ17和出气管18连通，出气管18与吸收装置4连接，吸收装置4由进气管道、出气管道、加液管、抽液管等部件组成，吸收池的外部有单独的屏蔽层，吸收装置4用于吸收碘蒸气，大圆管的侧壁上垂直设置有小圆管，所述T型炉管14的大圆管内径为50-150mm，小圆管内径为10-50mm，材质为石英玻璃，所述大圆管和小圆管的端部均凸出于加热炉体12，所述大圆管内放置料舟，料舟为石英材质，所述料舟的外径略小于大圆管内径，所述料舟包括相通的上层和下层，所述下层为废料池22，上层为熔料池21，所述废料池22为半圆柱槽，所述半圆柱槽的一侧上端设置有熔料池21，熔料池21进行原料的存储和熔化，存储量大于200g，所述废料池22行废料的存储，废料存储量大于1500g，熔料池21中的原料熔化后流入废料池22后可以继续干馏碘，熔料池21可以在不停机的状态下进行连续地加料生产，直到废料池22废料存储量达到1500g时，停机更换料舟，实现了连续进料的功能，所述料舟上层和下层相通的方式是将熔料池21设置在废料池22上方的侧壁的高度低于其它侧壁，并且熔料池21设置在废料池22上方的侧壁设置有液体流动槽，所述熔料池21设置在小圆管下方，所述大圆管侧壁上设置有放入料舟的开口，所述干馏炉2的上方设置有加料装置1，所述加料装置1包括加料漏斗7，所述加料漏斗7的底部通过中空管9与小圆管连通，所述中空管9的上端和下端分别设置有加料阀门Ⅰ8和加料阀门Ⅱ10，所述中空管9与小圆管的连接处设置有进气管Ⅱ19，所述进气管Ⅱ19和进气管Ⅰ17上分别设置有气体阀门Ⅱ15和气体阀门Ⅰ11，所述进气管Ⅱ19和进气管Ⅰ17上分别设置有流量计Ⅱ20和流量计Ⅰ16，还包括控制系统6，所述控制系统6内设置有用于实现自动化控制的控制器，具体地，所述控制器与气体阀门Ⅱ15、气体阀门Ⅰ11、炉盖、加料阀门Ⅰ8、加料阀门Ⅱ10、流量计Ⅱ20和流量计Ⅰ16等自动化控制设备电连接，用于实现自动化控制设备的开启与闭合。
在本实施例中，通过控制加料阀门Ⅰ8、加料阀门Ⅱ10实现物料连续进入料舟中，料舟下层设计储存容量大于1kg，可以在不停机的状态下进行连续地加料生产，提高了生产效率，减少了机械手操作和人为操作带来的不安全因素，同时也避免了大量的石英舟放射性固体废物的产生，料舟分上下两层，当物料进入料舟上层熔融后大部分的碘由于加热挥发，被载气带入吸收装置4而被吸附，当流至下层后可以继续干馏碘。
产生的碘蒸气直接被吸收装置4吸附，屏蔽工作箱内的碘-131含量保持在可接受范围内，小于30居里，减少了屏蔽工作箱的屏蔽厚度需求，减少了人员工作量，降低了人员受照剂量。
本实施例的工作流程如下：
1、进出料舟装置将料舟按要求推入干馏炉恒温区，将管堵按要求推入干馏炉，即T型炉管14的大圆管内，控制器控制炉盖自动关闭；
2、载气从进气管Ⅰ17和进气管Ⅱ19进气，装置自动检测整个系统的气密性；
3、气密性检查通过后，机械手将一定质量的辐照后靶料运送并倒入加料漏斗7内，打开阀门Ⅰ8，待靶料全部进入两个阀门之间的中空管9后，关闭阀门Ⅰ8，打开加料阀门Ⅱ10，靶料全部进入料舟的上层熔料池21内，关闭阀门Ⅱ10；
4、电阻丝13开始加热，炉膛升温，当温度升至750℃左右恒温加热，二氧化碲熔融，释放出二氧化碲蒸气和碘蒸气，载气将混合气体经出气管18载带至吸收装置4；
5、设备在不停炉的情况下，重复上述加料进行过程连续生产，在完成一次生产周期后，更换料舟即可进行下一周期生产。
实施例2：
如图1-图4所示，本实施例基于实施例1，所述出气管18与二氧化碲捕集器3连接，所述二氧化碲捕集器3与吸收装置4连接；所述二氧化碲捕集器3包括壳体24，所述壳体24内设置有加热保温装置，所述加热保温装置内设置有二氧化碲捕集盘管23，所述二氧化碲捕集盘管23为管状结构，所述二氧化碲捕集盘管23在壳体24内呈螺旋设置，所述管状结构的两端分别与出气管18、吸收装置4连通。
在本实施例中，所述加热保温装置的工作温度高于碘凝华温度，低于二氧化碲沸点，在加热保温装置中，二氧化碲沉降，碘蒸汽逸出被吸收装置4吸收，大大降低了产品中Te杂质的含量。
本实施例的工作流程如下：
载气将混合气体经出气管18载带至二氧化碲捕集器3，二氧化碲捕集器3温度加热至100℃，二氧化碲蒸气在二氧化碲捕集器3内冷凝，碘蒸气继续通过进入吸收装置4。
实施例3：
如图1-图4所示，本实施例基于实施例1或实施例2，所述吸收装置4的后端连接有尾气处理装置5；所述尾气处理装置5为四级吸收，一级吸收用0.1-1mol/l氢氧化钠溶液吸收碘蒸气，二、三、四级吸收均用0.1-5mol/l氢氧化钠溶液吸收尾气。
在本实施例中，尾气处理装置5为碘蒸汽吸收装置，可以保证将碘-131尾气中的碘完全吸收。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，包括干馏炉(2)，所述干馏炉(2)包括加热炉体(12)，所述加热炉体(12)内设置有保温层和电阻丝(13)，所述加热炉体(12)为前端和后端设置有炉盖，所述加热炉体(12)内设置有T型炉管(14)，所述T型炉管(14)包括大圆管，所述大圆管的两端分别与进气管Ⅰ(17)和出气管(18)连通，出气管(18)与吸收装置(4)连接，大圆管的侧壁上垂直设置有小圆管，所述大圆管内放置料舟，所述料舟包括相通的上层和下层，所述上层为熔料池(21)，下层为废料池(22)，所述熔料池(21)设置在小圆管下方，所述大圆管侧壁上设置有放入料舟的开口，所述干馏炉(2)的上方设置有加料装置(1)，所述加料装置(1)包括加料漏斗(7)，所述加料漏斗(7)的底部通过中空管(9)与小圆管连通，所述中空管(9)的上端和下端分别设置有加料阀门Ⅰ(8)和加料阀门Ⅱ(10)，所述中空管(9)与小圆管的连接处设置有进气管Ⅱ(19)，所述进气管Ⅱ(19)和进气管Ⅰ(17)上分别设置有气体阀门Ⅱ(15)和气体阀门Ⅰ(11)，还包括控制系统(6)，所述控制系统(6)内设置有用于实现自动化控制的控制器。
2.根据权利要求1所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述出气管(18)与二氧化碲捕集器(3)连接，所述二氧化碲捕集器(3)与吸收装置(4)连接。
3.根据权利要求2所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述二氧化碲捕集器(3)包括壳体(24)，所述壳体(24)内设置有加热保温装置，所述加热保温装置内有二氧化碲捕集盘管(23)，所述二氧化碲捕集盘管(23)为管状结构，所述管状结构的两端分别与出气管(18)、吸收装置(4)连通。
4.根据权利要求3所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述二氧化碲捕集盘管(23)在壳体(24)内呈螺旋设置。
5.根据权利要求1所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述废料池(22)为半圆柱槽，所述半圆柱槽的一侧上端设置有熔料池(21)。
6.根据权利要求1所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述料舟上层和下层相通的方式是将熔料池(21)设置在废料池(22)上方的侧壁的高度低于其它侧壁，并且熔料池(21)设置在废料池(22)上方的侧壁设置有液体流动槽。
7.根据权利要求1所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述吸收装置(4)的后端连接有尾气处理装置(5)。
8.根据权利要求7所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述尾气处理装置(5)为四级吸收，一级吸收用0.1-1mol/l氢氧化钠溶液吸收碘蒸气，二、三、四级吸收均用0.1-5mol/l氢氧化钠溶液吸收尾气。
9.根据权利要求1所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述进气管Ⅱ(19)和进气管Ⅰ(17)上分别设置有流量计Ⅱ(20)和流量计Ⅰ(16)。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种连续进料制备放射性碘-131的生产装置，其特征在于，所述T型炉管(14)的大圆管内径为50-150mm，小圆管内径为10-50mm，所述圆管和小圆管材质均为石英玻璃，所述大圆管和小圆管的端部均凸出于加热炉体(12)。
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