CN115253363B - 流动的区域结晶控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种流动的区域结晶控制装置，包括熔盐容器和熔盐储箱，所述熔盐储箱上设置有压缩机，所述熔盐容器底部的熔盐入口与所述熔盐储箱连接；所述熔盐容器包括位于上方的宽段、位于中间的结晶段以及位于下方的窄段，所述结晶段的尺寸自所述宽段向所述窄段逐渐减小；所述熔盐容器的外侧设置有加热器，所述熔盐容器的上方设置有冷风机。本发明通过熔盐容器的变直径构造，实现熔盐在流动中结晶，通过压缩机利用气压控制熔盐进给速度，根据凝固状态进行熔盐进给状态的实时调控，可以加速熔盐凝固速度，实现熔盐的稳定结晶，有助于提高区域结晶的效率，有助于提升熔盐净化效果，有助于提高熔盐的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及熔盐处理技术领域，具体地，涉及一种流动的区域结晶控制装置。
背景技术
乏燃料高温熔盐电化学后处理过程是通过电化学方法，将乏燃料中的可回收核素(U，Pu等)进行分离的操作。其体系为高温熔盐体系，通常基本的熔盐组分有LiCl-KCl，随着电解过程的进行，活泼裂变产物(Cs，Sr，Ba等)的金属离子会残留在熔盐中，裂变产物积累到一定量后，熔盐需净化并分离裂变产物。目前常用的方法有沸石吸附法，沉淀法和区域结晶法。
沸石吸附法是通过无机离子交换材料——沸石对熔盐中的裂变残留元素进行吸附，但是吸附效率不理想，而沉淀法是通过加入沉淀剂的方法，将裂变产物沉淀后去除，这种操作会污染熔盐，无法实现熔盐的复用。区域结晶法是根据熔盐组分不同时的熔点不同，对熔盐产物进行分区结晶，可获得不均匀的熔盐产物。该方法可以较高效率的分离裂变产物。
现有公开号为CN106861582B的中国专利，其公开了一种高温液态硝酸盐的净化及性能强化熔盐罐,罐体(2)内部水平安装过滤板(4)，罐体(2)罐体(2)顶部中间向罐体(2)安装有中空搅拌杆(16)，中空搅拌杆(16)下端位于过滤板(4)上侧并安装搅拌桨(3)，中空搅拌杆(16)下端连接鼓泡器(5)，鼓泡器(5)向下穿过过滤板(4)。
目前常用的区域结晶法通过装有熔盐的细长管容器在升降机构的作用下，通过一个存在温度梯度的结构。管内的熔盐在加热和冷却区的共同作用下凝固，在这个过程中，先凝固的部分杂质更少。目前区域结晶法的在实施过程中存在分离速度慢的问题，由于结晶速度与分离效率呈负相关，欲取得较高的分离率则需要非常慢的结晶速度，导致工业应用的困难。目前的结晶方式是将装有熔盐的容器自下而上的移动，实现了熔盐的分时段结晶。
发明人认为现有技术为了保证纯度进给速度非常慢，而且不能进行连续操作，在工业应用环境下有所限制。因此，需要提供一种能够进行连续操作并且能够根据凝固状态进行熔盐进给状态的实时调控，提高区域结晶生产效率的区域结晶控制装置。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种流动的区域结晶控制装置。
根据本发明提供的一种流动的区域结晶控制装置,包括熔盐容器和熔盐储箱，所述熔盐储箱上设置有压缩机，所述熔盐容器底部的熔盐入口与所述熔盐储箱连接；所述熔盐容器包括位于上方的宽段、位于中间的结晶段以及位于下方的窄段，所述结晶段的尺寸自所述宽段向所述窄段逐渐减小；所述熔盐容器的外侧设置有加热器，所述熔盐容器的上方设置有冷风机。
优选地，所述结晶段包括凝固线，所述凝固线位于所述熔盐容器直径变化率最大的位置。
优选地，加热器的加热功率由所述熔盐容器的曲率与所述熔盐的物性控制，保持熔盐的结晶位置在所述凝固线。
优选地，所述熔盐入口通过管路与所述熔盐储箱的底部连接，所述压缩机设置在所述熔盐储箱顶部远离所述管路的一侧。
优选地，所述熔盐容器上设置有温度传感器，所述温度传感器靠近所述凝固线，且位于所述凝固线的上方。
优选地，所述温度传感器与所述压缩机电连接。
优选地，所述加热器与所述熔盐容器之间存在缝隙。
优选地，所述冷风机设置在所述熔盐容器的宽段的内侧壁上方。
优选地，所述熔盐储箱上设置有通气孔，用于调节气压。
优选地，还包括保温隔热层，所述保温隔热层包裹所述加热器和所述熔盐容器。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过熔盐容器的变直径构造，实现熔盐在流动中结晶，通过压缩机利用气压控制熔盐进给速度，根据凝固状态进行熔盐进给状态的实时调控，可以加速熔盐凝固速度，实现熔盐的稳定结晶，有助于提高区域结晶的效率，有助于提升熔盐净化效果，有助于提高熔盐的利用率。
2、本发明通过采用上粗下细的熔盐容器，使得熔盐在结晶段结晶，根据不同的熔盐，调整容器的曲率，有助于控制熔盐流动速度，在不改变熔盐提纯效率的前提下又提高了单次熔盐的处理量，进一步的，熔盐容器的曲率与熔盐的物性控制加热器的加热功率，保持熔盐的结晶位置在凝固线，有助于实现熔盐的稳定结晶，有助于提高区域结晶的效率。
3、本发明通过温度传感器与压缩机配合使用，通过温度传感器的温度检测判断在凝固线处的温度，通过反馈给压缩机信号进而控制压力输入，达到控制熔盐稳定进给的目的，有助于增加区域结晶的效率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明主要体现流动的区域结晶控制装置的结构示意图。
图中所示：
保温隔热层1 加热器2 熔盐入口3
熔盐容器4 温度传感器5 熔盐储箱6
压缩机7 冷风机8
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明提供的一种流动的区域结晶控制装置，包括熔盐容器4和熔盐储箱6，熔盐储箱6上设置有压缩机7，熔盐容器4底部的熔盐入口3与熔盐储箱6连接；熔盐容器4包括位于上方的宽段、位于中间的结晶段以及位于下方的窄段，结晶段的尺寸自宽段向窄段逐渐减小；熔盐容器4的外侧设置有加热器2，熔盐容器4的上方设置有冷风机8。
本申请主要应用场景为乏燃料高温熔盐处理中熔盐净化的步骤。本申请采用上粗下细的熔盐容器4可以实现熔盐在流动中结晶，通过压缩机7气压控制熔盐进给速度，可以加速熔盐凝固速度，可以实现熔盐的稳定结晶。本申请提高了区域结晶的效率，综合提升熔盐净化效果明显。
熔盐容器4包括宽段、结晶段以及窄段，结晶段的尺寸自宽段向窄段逐渐减小，一般的，熔盐容器4在结晶段的曲率固定。结晶段包括凝固线，凝固线位于熔盐容器4直径变化率最大的位置。在实际应用中，根据不同的熔盐液体，选择不同曲率的熔盐容器4，比热&熔化热越大的熔盐凝固速率越慢，此时熔盐容器4曲率变化越小，在实际操作时可以有效控制熔盐流动速度。
加热器2与熔盐容器4之间存在缝隙，与熔盐容器4保持一个较小的距离。
加热器2的加热功率由熔盐容器4的曲率与熔盐的物性控制，保持熔盐的结晶位置在凝固线，即图中的虚线位置。
通过压缩机7和熔盐容器4的曲率控制熔盐进给速度，使得结晶面位于凝固线，从而能够实现熔盐的稳定结晶，提高了区域结晶的效率。
熔盐容器4上设置有温度传感器5，温度传感器5靠近凝固线，且位于凝固线的上方，温度传感器5的安装位置略高于凝固线即可。
熔盐入口3通过管路与熔盐储箱6的底部连接，压缩机7设置在所述熔盐储箱6顶部远离管路的一侧。熔盐储箱6上设置有通气孔，用于调节气压。温度传感器5与压缩机7电连接。通过温度传感器5的温度检测判断在凝固线处的温度，通过反馈给压缩机7信号进而控制压力输入，达到控制熔盐稳定进给的目的。
冷风机8设置在熔盐容器4的宽段的内侧壁上方。冷风机8通过气流使熔盐与熔盐容器4的内侧壁之间产生一定的空隙，在冷却熔盐使其凝固的作用下使得凝固后的熔盐可以与熔盐容器4的内侧壁分离。
本装置还包括保温隔热层1，保温隔热层1包裹加热器2和熔盐容器4，用于提高加热效率。
本申请使用时，压缩机7通过气压推动熔盐液体从熔盐储箱6进入熔盐容器4底部的熔盐入口3，熔盐液体经过加热器2加热，在进入熔盐容器4的结晶段后，经由冷风机8的冷却，在凝固线位置结晶。温度传感器5检测判断在凝固线处的温度，通过反馈给压缩机7信号进而控制压力输入，从而实现熔盐稳定进给。熔盐凝固一定量后，压缩机7停止熔盐溶液的进给，将熔盐容器4倒置，即可完成一次处理。
本申请采用气压推动的方式进行熔盐传输，便于控制熔盐进给速度。采用下窄上宽的熔盐容器4，既方便了熔盐脱模，在不改变熔盐提纯效率的前提下又提高了单次熔盐的处理量，提高了熔盐处理效率。通过熔盐容器4的直径变化，解决了熔盐净化过程中采用区域结晶法时效率低的问题，同时根据凝固状态进行熔盐进给状态的实时调控，大大增加了区域结晶的生产效率，提高了熔盐的利用率。
工作原理
本申请使用时，压缩机7通过气压推动熔盐液体从熔盐储箱6进入熔盐容器4底部的熔盐入口3，熔盐液体经过加热器2加热，在进入熔盐容器4的结晶段后，经由冷风机8的冷却，在凝固线位置结晶。温度传感器5检测判断在凝固线处的温度，通过反馈给压缩机7信号进而控制压力输入，从而实现熔盐稳定进给。熔盐凝固一定量后，压缩机7停止熔盐溶液的进给，将熔盐容器4倒置，即可完成一次处理。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种流动的区域结晶控制装置，其特征在于，包括熔盐容器(4)和熔盐储箱(6)，所述熔盐储箱(6)上设置有压缩机(7)，所述熔盐容器(4)底部的熔盐入口(3)与所述熔盐储箱(6)连接；
所述熔盐容器(4)包括位于上方的宽段、位于中间的结晶段以及位于下方的窄段，所述结晶段的尺寸自所述宽段向所述窄段逐渐减小；
所述熔盐容器(4)的外侧设置有加热器(2)，所述熔盐容器(4)的上方设置有冷风机(8)。
2.如权利要求1所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，所述结晶段包括凝固线，所述凝固线位于所述熔盐容器(4)直径变化率最大的位置。
3.如权利要求2所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，加热器(2)的加热功率由所述熔盐容器(4)的曲率与所述熔盐的物性控制，保持熔盐的结晶位置在所述凝固线。
4.如权利要求1所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，所述熔盐入口(3)通过管路与所述熔盐储箱(6)的底部连接，所述压缩机(7)设置在所述熔盐储箱(6)顶部远离所述管路的一侧。
5.如权利要求2所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，所述熔盐容器(4)上设置有温度传感器(5)，所述温度传感器(5)靠近所述凝固线，且位于所述凝固线的上方。
6.如权利要求5所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，所述温度传感器(5)与所述压缩机(7)电连接。
7.如权利要求1所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，所述加热器(2)与所述熔盐容器(4)之间存在缝隙。
8.如权利要求1所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，所述冷风机(8)设置在所述熔盐容器(4)的宽段的内侧壁上方。
9.如权利要求1所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，所述熔盐储箱(6)上设置有通气孔，用于调节气压。
10.如权利要求1所述的流动的区域结晶控制装置，其特征在于，还包括保温隔热层(1)，所述保温隔热层(1)包裹所述加热器(2)和所述熔盐容器(4)。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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