JPS5844012B2 - Isotope exchange reactor - Google Patents

Isotope exchange reactor

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JPS5844012B2
JPS5844012B2 JP12209979A JP12209979A JPS5844012B2 JP S5844012 B2 JPS5844012 B2 JP S5844012B2 JP 12209979 A JP12209979 A JP 12209979A JP 12209979 A JP12209979 A JP 12209979A JP S5844012 B2 JPS5844012 B2 JP S5844012B2
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isotope exchange
mist
section
exchange reaction
steam
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文雄 河村
大和 朝倉
貞治 鈴木
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B4/00Hydrogen isotopes; Inorganic compounds thereof prepared by isotope exchange, e.g. NH3 + D2 → NH2D + HD
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D59/00Separation of different isotopes of the same chemical element
    • B01D59/28Separation by chemical exchange
    • B01D59/32Separation by chemical exchange by exchange between fluids

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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Devices And Processes Conducted In The Presence Of Fluids And Solid Particles (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同位体交換反応装置に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to an isotope exchange reaction device.

特に、低温浴と高温塔とを有する同位体交換反応装置に
関するものである。
In particular, it relates to an isotope exchange reactor having a low temperature bath and a high temperature column.

重水炉は、減速材として重水を使用している関係上、中
性子の作用((n、r)反応〕によってトリチウムTを
発生させ易い。
Since heavy water reactors use heavy water as a moderator, tritium T is easily generated by the action of neutrons ((n, r) reaction).

トリチウムは水素の放射性同位元素であり、そのふるま
いは水素ときわめて類似している。
Tritium is a radioactive isotope of hydrogen, and its behavior is very similar to that of hydrogen.

重水中では、酸化トリチラム(トリチウム水)の状態で
存在している。
In heavy water, it exists in the form of tritium oxide (tritiated water).

このようなトリチウム水の比率が増大すると、重水炉の
系統からトリチウム水を含む重水が漏れた時または重水
炉の保守点検(特に系統配管の取替え作業)時に、作業
員がトリチウムを体内(こ吸収する危険性がある。
If the proportion of such tritiated water increases, when heavy water containing tritiated water leaks from the heavy water reactor system or during maintenance and inspection of the heavy water reactor (particularly when replacing system piping), workers may absorb tritium into their bodies. There is a risk of

このような事態を避けるために、重水炉にはトリチウム
除去装置を設けることが心安である。
To avoid such a situation, it is safe to install a tritium removal device in a heavy water reactor.

軽水(H2O)中に含まれる水素同位体としての重水素
りおよびトリチウムTを分離・回収する方法として、同
位体交換反応が一般的に用いられている。
Isotope exchange reactions are generally used as a method for separating and recovering deuterium and tritium T as hydrogen isotopes contained in light water (H2O).

その1つの方法に、二重温度交換法がある。二重温度交
換法は、低温塔と高塩基とをカスケードに組合せたもの
で、水素同位体の分離効率が高く、水素同位体を高濃度
で回収することができる。
One such method is the dual temperature exchange method. The dual temperature exchange method combines a low-temperature column and a high base in a cascade, and has high hydrogen isotope separation efficiency and can recover hydrogen isotopes at a high concentration.

この二重温度交換法において、軽水と硫化水素ガスを用
いた方法(以下、G−8法という)を適に+−j L、
た重水製造プロセスが提案されている。
In this double temperature exchange method, a method using light water and hydrogen sulfide gas (hereinafter referred to as the G-8 method) is appropriately +-j L,
A heavy water production process has been proposed.

(’ Nuclear ChemicaI Engin
、:ering //。
(' Nuclear Chemical Engine
, :ering //.

P 459〜4.62.1957年発行)。P 459-4.62. Published in 1957).

G−8法は、内部に多孔板が配置された低温塔と高塩基
とを直ダ1]に配置し、重水素を含む軽水を低温塔から
高塩基に、硫化水素ガスを高塩基から低温浴σζ流動さ
ぜ、それぞれの塔内で軽水と硫化水素ガスとの向流接触
を行ない同位体交換反応を行なうものである。
In the G-8 method, a low-temperature column with a perforated plate inside and a high base are placed in a direct column (1), and light water containing deuterium is transferred from the low-temperature column to the high base, and hydrogen sulfide gas is transferred from the high-base to the low base. During hot bath σζ flow, light water and hydrogen sulfide gas are brought into countercurrent contact in each column to perform an isotope exchange reaction.

低温塔から流出した硫化水素ガスは、高塩基に再び供給
される。
Hydrogen sulfide gas flowing out of the cryotower is fed back to the high base.

低温塔では下記(1)式および高塩基では(2)式の同
位体交換反応がそれぞれ行なわれる。
In the low-temperature column, isotope exchange reactions of the following formula (1) and in the case of a high base, the following formula (2) are carried out.

HO+ )−(DS→HDO+ 1.(2S
・・・・・・(1)FIIDO+H2S−+F■20+
FIDS ・・・・・・(2)前述の’Nu
clear Chernical Engineeri
ng“。
HO+ )-(DS→HDO+ 1.(2S
・・・・・・(1) FIIDO+H2S-+F■20+
FIDS ・・・・・・(2) The above-mentioned 'Nu
clearChemicalEngineeri
ng“.

P460 、Fig 11.21.に記載されているよ
うに、低温塔で軽水中の重水素が濃縮され、高塩基で軽
水中の重水素が希釈される。
P460, Fig 11.21. As described in , deuterium in light water is concentrated in a cryogenic column, and deuterium in light water is diluted in a high base.

低温塔から吐出される重水の含有量の多い軽水の一部が
外部に取出される。
A portion of the light water with a high content of heavy water discharged from the low-temperature tower is taken out.

その残りの軽水は、高塩基に供給される。The remaining light water is fed to the high base.

G−8法の同位体交換反応装置の運転条件は、低温塔の
反応温度が約30℃、高塩基の反応温度が約130°C
1装置内の圧力が20atm である。
The operating conditions of the isotope exchange reactor for the G-8 method are that the reaction temperature of the low-temperature column is approximately 30°C, and the reaction temperature of the high base is approximately 130°C.
The pressure inside one device is 20 atm.

このようなG−8法に代表される液体水と硫化水素ガス
との間で行なわれる同位体交換法は、同位体交換反応の
反応速度が早いという利点がある。
The isotope exchange method performed between liquid water and hydrogen sulfide gas, such as the G-8 method, has the advantage that the reaction rate of the isotope exchange reaction is fast.

しかし、化学平衡から決まる水素同位体元素分離係数が
小さいという欠点がある。
However, it has the disadvantage that the hydrogen isotope element separation coefficient determined from chemical equilibrium is small.

他方、液体水と水素ガスとの間で行なう同位体交換反応
が考えられている。
On the other hand, an isotope exchange reaction between liquid water and hydrogen gas has been considered.

この液体水と水素ガスとを用いた同位体交換反応は、水
素同位体元素の分離係数が大きく、水素同位体元素を高
濃度に濃縮できるという優れた利点がある。
This isotope exchange reaction using liquid water and hydrogen gas has the excellent advantage of having a large separation coefficient for hydrogen isotopes and being able to concentrate hydrogen isotopes to a high concentration.

その反面、同位体交換反応の反応速度が低いという欠点
がある。
On the other hand, it has the disadvantage that the reaction rate of the isotope exchange reaction is low.

この液体水と水素ガスを用いた同位体交換反応の欠点は
、触媒の開発によって改善されて来てはいる。
The drawbacks of this isotope exchange reaction using liquid water and hydrogen gas have been improved through the development of catalysts.

しかし、液体水と水素ガスを用いた同位体交換反応の反
応効率について、これに更に一層の向上を達成させるこ
とが望まれている。
However, it is desired to further improve the reaction efficiency of isotope exchange reactions using liquid water and hydrogen gas.

本発明の目的は、上記のような事情に鑑みて、液体水と
水素ガスを用いた同位体交換反応の反応効率を向上させ
ることにある。
In view of the above circumstances, an object of the present invention is to improve the reaction efficiency of an isotope exchange reaction using liquid water and hydrogen gas.

本発明の特徴は、低温塔が、水素の同位体元素を含む処
理水をミスト化するミスト生成部と、水素ガスおよび重
水素ガスの少なくとも一方を含む反応ガスおよびミスト
生成部から排出される処理水のミストが供給される同位
体交換反応を促進させる第1触媒充填部と、反応ガス中
からミストを除去するミスト除去部とによって構成され
、高塩基か、処理水を蒸気にする蒸気発生部と、水素お
よび重水素ガスの少なくとも一方を含む反応ガスと蒸気
発生部から排出される蒸気が供給される同位体交換反応
を促進させる第2触媒充填部と、反応ガス中の蒸気を除
去する蒸気除去部とによって構成されることにある。
The present invention is characterized in that the low-temperature tower includes a mist generation section that turns treated water containing hydrogen isotopes into a mist, and a process in which a reaction gas containing at least one of hydrogen gas and deuterium gas is discharged from the mist generation section. A steam generating section that converts high base or treated water into steam, consisting of a first catalyst filling section to which a water mist is supplied to promote the isotope exchange reaction, and a mist removing section that removes the mist from the reaction gas. a second catalyst filling section for promoting an isotope exchange reaction to which a reaction gas containing at least one of hydrogen and deuterium gas and steam discharged from the steam generation section are supplied; and steam for removing steam from the reaction gas. and a removing section.

以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図乃至第5図に示すのは本発明の好適な一実施例で
あり、第1図はその同位体交換反応装置を適用した重水
炉のトリチウム除去装置の系統図、第2図は第1図に示
すトリチウム除去装置の低温塔の詳細系統図、第3図は
第1図に示すトリチウム除去装置の高塩基の詳細系統図
、第4図は低温塔における処理水と同位体交換反応速度
との関係を示す特性図、第5図は高塩基における処理水
と同位体交換反応速度との関係を示す特性図である。
Figures 1 to 5 show a preferred embodiment of the present invention; Figure 1 is a system diagram of a tritium removal device for a heavy water reactor to which the isotope exchange reaction device is applied; Figure 1 shows a detailed system diagram of the low-temperature column in the tritium removal equipment, Figure 3 shows a detailed system diagram of the high base in the tritium removal equipment shown in Figure 1, and Figure 4 shows the treated water and isotope exchange reaction rate in the low-temperature tower. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between treated water and isotope exchange reaction rate in a high base.

第6図は本発明の他の実施例であるトリチウム除去装置
の系統図を示すものである。
FIG. 6 shows a system diagram of a tritium removal apparatus according to another embodiment of the present invention.

本発明においては、低温塔において水をミスト状の微細
粒子にして水素ガスに同伴させることにより、また高塩
基において水を蒸気にして水素ガスに同伴させることに
より、気液接触の均一化と処理量の増大とを同時に達成
するようにする。
In the present invention, by turning water into mist-like fine particles in a low-temperature tower and entraining it with hydrogen gas, and by turning water into steam in a high base and entraining it with hydrogen gas, the gas-liquid contact is made uniform and the treatment is carried out. At the same time, increase in quantity should be achieved.

ミストとは、液体で気体中に浮遊した状態で存在するも
のを称する。
Mist refers to a liquid that exists in a state suspended in a gas.

第1図は、重水炉のトリチウム除去装置の系統を示して
いる。
FIG. 1 shows the system of a tritium removal device for a heavy water reactor.

1は重水炉である。トリチウム除去装置は、低温浴3お
よび高塩基20を有する同位体交換反応装置2と、低温
浴40および高塩基41を有する同位体交換反応装置3
9とを備えている。
1 is a heavy water reactor. The tritium removal apparatus includes an isotope exchange reactor 2 having a low temperature bath 3 and a high base 20, and an isotope exchange reactor 3 having a low temperature bath 40 and a high base 41.
9.

一方の同位体交換反応装置2はトリチウム濃縮部であり
、他方の同位体交換反応装置39はトリチウム除去部で
ある。
One isotope exchange reaction device 2 is a tritium enrichment section, and the other isotope exchange reaction device 39 is a tritium removal section.

重水の流れる配管42および43が、重水炉1、低温浴
3および高塩基20をそれぞれ連絡する。
Pipes 42 and 43 through which heavy water flows connect the heavy water reactor 1, the low temperature bath 3, and the high base 20, respectively.

重水の流れる配管45および46が、低温浴40、高塩
基41および重水炉を連絡している。
Pipes 45 and 46 through which heavy water flows connect the low temperature bath 40, the high base 41, and the heavy water reactor.

配管44が低温浴20と配管45とを、配管52が配管
46と高塩基40とを、それぞれ接続する。
Piping 44 connects low temperature bath 20 and piping 45, and piping 52 connects piping 46 and high base 40, respectively.

水素ガスの流れる配管60および61は、低温浴40お
よび高塩基41を連絡する閉ループを形成する。
Pipes 60 and 61 through which hydrogen gas flows form a closed loop connecting low temperature bath 40 and high base 41.

水素ガスの流れる配管48.49および50は、高塩基
20、低温浴3および配管45を順次連絡している。
Pipes 48, 49 and 50 through which hydrogen gas flows sequentially connect the high base 20, the low temperature bath 3 and the pipe 45.

47は、重水取出管である。47 is a heavy water extraction pipe.

低温浴3の構造を第2図に基づいて詳しく説明する。The structure of the low temperature bath 3 will be explained in detail based on FIG. 2.

低温浴3は、反応塔4とミスト発生器7との対によって
構成される14段の低温塔部を有している。
The low-temperature bath 3 has a 14-stage low-temperature column section composed of a pair of a reaction column 4 and a mist generator 7.

すなわち、低温浴3は、14基の反応塔4A、4B、・
・・、4Nおよびミスト発生器7A。
That is, the low temperature bath 3 has 14 reaction towers 4A, 4B, .
..., 4N and mist generator 7A.

7B、・・・、7Nを有する。7B, . . . , 7N.

ミスト発生器7は水素ガスとミストとの混合流体の流れ
に対して反応塔4よりも上流側に配置される。
The mist generator 7 is arranged upstream of the reaction tower 4 with respect to the flow of the mixed fluid of hydrogen gas and mist.

疎水性触媒層5およびミスト分離器6が、各々の反応塔
4内に設けられる。
A hydrophobic catalyst layer 5 and a mist separator 6 are provided in each reaction column 4.

疎水性触媒層5は水素ガスとミストの混合流体の流れに
対してミスト分離器6よりも上流側に位置している。
The hydrophobic catalyst layer 5 is located upstream of the mist separator 6 with respect to the flow of the mixed fluid of hydrogen gas and mist.

ミスト発生器7の容器8内に、超音波発振子9が設けら
れている。
An ultrasonic oscillator 9 is provided within a container 8 of the mist generator 7.

重水51が、反応塔4および容器8内に溜っている。Heavy water 51 is accumulated in the reaction tower 4 and container 8.

図示されていないが、反応塔4Bとミスト発生器7Nの
間に、ミスト発生器7C1反応塔4C1ミスト発生器7
D、反応器4D1・・・・・・、ミスト発生器7L。
Although not shown, a mist generator 7C1, a reaction tower 4C1, a mist generator 7 is provided between the reaction tower 4B and the mist generator 7N.
D, reactor 4D1..., mist generator 7L.

反応塔4L1 ミスト発生器7Mおよび反応塔4Mの順
序でミスト発生器7と反応塔4が11基ずつ交互に配置
されている。
Reaction Tower 4L1 Eleven mist generators 7 and eleven reaction towers 4 are arranged alternately in the order of mist generator 7M and reaction tower 4M.

ミスト発生器7A、7B。・・・、7Nの容器8内の重
水51の液面13より上方に、空間14A、14B、・
・・、14Nがそれぞれ形成される。
Mist generators 7A and 7B. ..., spaces 14A, 14B, ... above the liquid level 13 of heavy water 51 in the 7N container 8.
. . , 14N are formed, respectively.

空間16A、16B、・・・、16Nが、疎水性触媒層
5より上方で反応塔4A、4B。
The spaces 16A, 16B, . . . , 16N are located above the hydrophobic catalyst layer 5 and form the reaction towers 4A, 4B.

、4N内にそれぞれ形成される。, 4N, respectively.

空間17A。17B、・・・、17Nが、反応塔4内の
重水液面15とミスト分離器6との間で反応塔4A、4
B、・・・。
Space 17A. 17B, .
B...

4N内にそれぞれ形成される。4N respectively.

配管10Aは空間14Aと空間16Aとを、配管10B
は空間14Bと空間16Bとを連絡し、以下同様にして
それぞれの連絡がなされ、配管1ONは空間14Nと空
間16Nとを連絡する。
Piping 10A connects space 14A and space 16A to piping 10B.
connects the space 14B and the space 16B, and the respective connections are made in the same manner, and the pipe 1ON connects the space 14N and the space 16N.

配管11Aは反応塔4Aの底部とミスト発生器7Bの容
器8とを接続する。
Piping 11A connects the bottom of reaction column 4A and container 8 of mist generator 7B.

同様に、配管11Bは反応塔4Bの底部とミスト発生器
7Cの容器8とを接続し、以下同様な接続がなされ、配
管11Mは反応塔4Mの底部とミスト発生管7Nの容器
8をそれぞれ接続する。
Similarly, the pipe 11B connects the bottom of the reaction tower 4B and the container 8 of the mist generator 7C, and similar connections are made thereafter, and the pipe 11M connects the bottom of the reaction tower 4M and the container 8 of the mist generator 7N, respectively. do.

さらに、配管12Bは空間14Aとを、配管12Cは空
間17Cと空間14Bとを接続し、以下同様な接続がな
され、配管12Nは空間17Nと空間14Mとをそれぞ
れ接続している。
Further, the pipe 12B connects the space 14A, the pipe 12C connects the space 17C and the space 14B, and similar connections are made thereafter, and the pipe 12N connects the space 17N and the space 14M, respectively.

配管50は、低温浴3を構成する反応塔4Aの空間17
Aに連絡される。
The pipe 50 connects the space 17 of the reaction tower 4A that constitutes the low temperature bath 3.
A will be contacted.

次に高塩基20の詳細構造を、第3図に基づいて説明す
る。
Next, the detailed structure of the high base 20 will be explained based on FIG.

高塩基3は、反応塔21と蒸気凝縮部25との対によっ
て構成される12段の高温塔部を有している。
The high base 3 has a 12-stage high-temperature column section constituted by a pair of a reaction column 21 and a steam condensation section 25.

蒸気激縮部25は水素ガスと水蒸気との混合流体の流れ
に対して反応塔21よりも下流側に存在する。
The vapor condensation section 25 is located downstream of the reaction tower 21 with respect to the flow of the mixed fluid of hydrogen gas and steam.

蒸気激縮部25の容器30内に、冷却器26が挿入され
、しかも重水31が存在する。
A cooler 26 is inserted into a container 30 of the vapor condensation section 25, and heavy water 31 is present.

蒸気発生部22および親水性触媒層24が、反応塔21
内に設けられる。
The steam generating section 22 and the hydrophilic catalyst layer 24 are connected to the reaction tower 21.
located within.

親水性触媒層24は、水素ガスと水蒸気との混合流体の
流れに対して蒸気発生部22よりも下流側に存在する。
The hydrophilic catalyst layer 24 is located downstream of the steam generation section 22 with respect to the flow of the mixed fluid of hydrogen gas and water vapor.

蒸気発生部22には、加熱器23が設けられる。The steam generator 22 is provided with a heater 23 .

蒸気発生部22および蒸気凝縮部25には、重水29が
存在する。
Heavy water 29 exists in the steam generation section 22 and the steam condensation section 25 .

図示されていないが、反応塔21Bと蒸気凝縮部25L
との間には、蒸気凝縮部25C1反応塔21C1蒸気凝
縮部25D1反応塔21D1・・・、蒸気凝縮部25J
1反応塔21J1蒸気凝縮部25におよび反応塔21に
の順序で、蒸気凝縮部25と反応塔21とが交互に配置
されている。
Although not shown, the reaction tower 21B and the steam condensing section 25L
Between the steam condensing section 25C1 reaction tower 21C1 steam condensing section 25D1 reaction tower 21D1..., steam condensing section 25J
The steam condensing section 25 and the reaction tower 21 are arranged alternately in the following order: 1 reaction column 21J1 steam condensing section 25 and the reaction column 21.

空間32A、32B、・・・、32Lが、親水性触媒層
24の上方で反応塔21A、21B、・・・、21L内
番こそれぞれ形成される。
Spaces 32A, 32B, . . . , 32L are formed above the hydrophilic catalyst layer 24 within the reaction towers 21A, 21B, . . . , 21L, respectively.

空間33A、33B 。・・・、33Lが、反応塔21
内の重水29の液面と親水性触媒層24との間でしかも
反応塔21A。
Spaces 33A, 33B. ..., 33L is the reaction tower 21
between the liquid level of heavy water 29 in the reactor tower 21A and the hydrophilic catalyst layer 24.

21B、・・・、21L内にそれぞれ形成される。21B, . . . , 21L, respectively.

空間34A、34B、・・・、34Lが、重水29の液
面上方で蒸気凝縮部25A、25B、・・・、25Lの
容器30内にそれぞれ形成される。
Spaces 34A, 34B, . . . , 34L are formed in the containers 30 of the steam condensing sections 25A, 25B, .

配管27Aは蒸気凝縮部25Aと反応塔21Aの蒸気発
生部22を、配管27Bは蒸気凝縮部25Bと反応塔2
1Aの蒸気発生部22を連絡し、以下同様の配管による
連絡を行い、配管27Lは蒸気凝縮部25Lと反応塔2
1Lの蒸気発生部22をそれぞれ連絡する。
Piping 27A connects the steam condensing section 25A and the steam generating section 22 of the reaction tower 21A, and piping 27B connects the steam condensing section 25B and the reaction tower 2.
1A is connected to the steam generating section 22, and the same piping is used thereafter, and the piping 27L is connected to the steam condensing section 25L and the reaction column 2.
The 1L steam generating sections 22 are connected to each other.

配管28Aは反応塔21Aは反応塔21Aの蒸気発生部
22と蒸気凝縮部25Bを、配管28Bは反応塔21B
の蒸気発生部22と蒸気凝縮部25Cとを接続し、以下
同様の接続を行って、配管28には反応塔21にの蒸気
発生部22と蒸気凝縮部25Lとをそれぞれ接続する。
Piping 28A connects the steam generating section 22 and steam condensing section 25B of the reaction tower 21A, and piping 28B connects the reaction tower 21B.
The steam generating section 22 and the steam condensing section 25C are connected, and similar connections are made thereafter to connect the steam generating section 22 and the steam condensing section 25L of the reaction tower 21 to the piping 28, respectively.

配管29A、29B、・・・、29Kが、空間33Aと
全空間34Bとを、空間33Bと空間34Cとを連絡し
、以下同様の連絡を行って、空間34にと空間34Lと
をそれぞれ連絡する。
The pipes 29A, 29B, ..., 29K connect the space 33A and the entire space 34B, the space 33B and the space 34C, and thereafter perform the same communication to connect the space 34 and the space 34L, respectively. .

配管31Aは蒸気凝縮部25Aと空間32Aとを、配管
31Bは蒸気凝縮部25Bと空間32Bとを連絡し、以
下同様な連絡を行い、配管31Lは蒸気凝縮部25Lと
空間32Lをそれぞれ連絡する。
The piping 31A connects the steam condensing part 25A and the space 32A, the piping 31B connects the steam condensing part 25B and the space 32B, and the same communication is performed thereafter, and the piping 31L connects the steam condensing part 25L and the space 32L, respectively.

配管31A。31B、・・・、31Lの各々の一端は、
空間34A。
Piping 31A. One end of each of 31B, ..., 31L is
Space 34A.

34B、・・・、34Lを通って蒸気凝縮部25A。The steam condensing section 25A passes through 34B, . . . , 34L.

25B、・・・、25Lの容器30内の重水29中に挿
入される。
25B, . . . , are inserted into heavy water 29 in a 25L container 30.

このため、容器30内の重水29が、配管31A、31
B、・・・、31L内に逆流しない。
Therefore, the heavy water 29 in the container 30 is removed from the pipes 31A and 31.
B,..., does not flow back into 31L.

低温浴3の反応塔17Nの底部に接続される配管43は
、高温浴20の蒸気凝縮部25Aに接続される。
A pipe 43 connected to the bottom of the reaction column 17N of the low temperature bath 3 is connected to the steam condensing section 25A of the high temperature bath 20.

低温浴3のミスト発生器7N内に存在する空間14Nに
連絡される配管49は、高温浴20の蒸気凝縮部25A
内の空間34Aに接続される。
A pipe 49 connected to the space 14N existing in the mist generator 7N of the low temperature bath 3 is connected to the steam condensing section 25A of the high temperature bath 20.
It is connected to the space 34A inside.

前述した配管44および48は、高温浴20の反応塔2
1L内の蒸気発生部22および空間33Lにそれぞれ連
絡される。
The aforementioned pipes 44 and 48 are connected to the reaction tower 2 of the high temperature bath 20.
It is connected to the steam generating section 22 and the space 33L within 1L, respectively.

低温浴40および41の構成は、低温浴3および高温浴
20の構成と同一である。
The configurations of low temperature baths 40 and 41 are the same as those of low temperature bath 3 and high temperature bath 20.

前述のトリチウム除去装置は1001./hrの重水を
処理することができ、濃縮度10および除染係数10な
る特性を有している。
The aforementioned tritium removal device is 1001. /hr of heavy water, and has the characteristics of a concentration level of 10 and a decontamination coefficient of 10.

低温浴および高温浴の1塔当りの分離係数は、10であ
る。
The separation factor per column for the low and high temperature baths is 10.

このトリチウム除去装置の作用を以下に説明する。The operation of this tritium removal device will be explained below.

トリチウム濃度1晒の重水が、重水炉1から取出され、
配管42を通って低温浴3のミスト発生器IA内に供給
される。
Heavy water with a tritium concentration of 1 is taken out from the heavy water reactor 1,
The mist generator IA of the low temperature bath 3 is supplied through the pipe 42.

ミスト発生器TA内の重水29は、チタン酸バリウムで
作られた超音波発振子(直径50關の板状)21を振動
させることによってミスト化される。
The heavy water 29 in the mist generator TA is turned into a mist by vibrating an ultrasonic oscillator (plate-shaped with a diameter of 50 mm) 21 made of barium titanate.

ミストの粒径は、約1μである。The particle size of the mist is approximately 1 μ.

ミストの流径は、超音波発振子21の周波数を変えるこ
とによって0.1〜50μの範囲で調節可能である。
The flow diameter of the mist can be adjusted in the range of 0.1 to 50μ by changing the frequency of the ultrasonic oscillator 21.

ミスト発生器7Aで発生したトリチウムを含む重水のミ
ストは、配管12Bを通してミスト発生器IA内に供給
されるトリチウムを含む重水素ガスとともに配管10A
を通り、反応塔4A内の空間16Aに供給される。
The mist of heavy water containing tritium generated in the mist generator 7A is supplied to the mist generator IA through the pipe 12B together with the deuterium gas containing tritium in the pipe 10A.
, and is supplied to the space 16A in the reaction tower 4A.

重水素ガスは、ミストを運搬する機能を有する。Deuterium gas has the function of transporting mist.

重水のミストを含む重水素ガスは、反応塔4Aの疎水性
触媒層17内に到達し、(3)式に示すような同位体交
換反応が行なわれる。
The deuterium gas containing the heavy water mist reaches the hydrophobic catalyst layer 17 of the reaction tower 4A, where an isotope exchange reaction as shown in equation (3) is carried out.

D20(ミスト)+DT(気体)→ DTO(ミスト) ” D2 (気体) ・・・・
・・(3)反応塔4Aの温度は、30℃である。
D20 (mist) + DT (gas) → DTO (mist) ” D2 (gas) ・・・・
...(3) The temperature of the reaction tower 4A is 30°C.

低温浴3の他の反応塔4の温度も30℃である。The temperature of the other reaction tower 4 in the low temperature bath 3 is also 30°C.

低温浴3内の圧力はlatmである。The pressure within the low temperature bath 3 is latm.

同位体交換反応によってトリチウム濃度が増大した重水
のミストは、疎水性触媒を通過した後、ミスト分離器6
によって除去される。
The heavy water mist with increased tritium concentration due to the isotope exchange reaction passes through the hydrophobic catalyst and then passes through the mist separator 6.
removed by

トリチウム濃度の低下した重水素ガスは、配管50内に
流出する。
The deuterium gas with a reduced tritium concentration flows into the pipe 50.

ミスト分離器6によって除去された重水のミストは、反
応塔4Aの底部の重水29の液層中に落下する。
The heavy water mist removed by the mist separator 6 falls into the liquid layer of heavy water 29 at the bottom of the reaction tower 4A.

反応塔4A底部に存在してトリチウム濃度が増大した重
水29は、配管11Aに流出する。
The heavy water 29 present at the bottom of the reaction tower 4A and having an increased tritium concentration flows out to the pipe 11A.

その後、重水はミスト発生器7B1反応塔4B1 ミス
ト発生器7C。
After that, the heavy water is supplied to the mist generator 7B1, the reaction tower 4B1, and the mist generator 7C.

反応塔4C,・・・、ミスト発生器7Nおよび反応塔7
Nの順にそれらの内部を通過する。
Reaction tower 4C,..., mist generator 7N and reaction tower 7
It passes through them in order of N.

これによって、前述のような重水のミスト化、重水ミス
トの重水素ガス中への混入、(3)式の同位体交換反応
および重水素ガスからの重水ミスト除去の操作が繰返さ
れ、低温浴3を通過する重水中のトリチウム濃度が徐々
に増大する。
As a result, the operations of forming heavy water into a mist, mixing the heavy water mist into the deuterium gas, the isotope exchange reaction of equation (3), and removing the heavy water mist from the deuterium gas as described above are repeated, and the low temperature bath 3 The concentration of tritium in the heavy water passing through increases gradually.

高温浴20の蒸気凝縮部25Aから配管49に吐出され
る重水素ガス(9ppmのトリチウムを含む)は、低温
浴3のミスト発生器7N内に最初導入される。
Deuterium gas (containing 9 ppm tritium) discharged from the steam condensing section 25A of the high temperature bath 20 into the pipe 49 is first introduced into the mist generator 7N of the low temperature bath 3.

この重水素ガスは、その後、反応塔4N、ミスト発生器
7M。
This deuterium gas is then sent to a reaction tower 4N and a mist generator 7M.

反応塔4M1ミスト発生器?L、・・・ ミスト発生器
7B、反応塔4B1ミスト発生器7Aおよび反応塔4A
の順にそれらの内部を通過する。
Reaction tower 4M1 mist generator? L,... Mist generator 7B, reaction tower 4B1, mist generator 7A, and reaction tower 4A
It passes through them in this order.

これによって前述Qつような重水ミストの混入、(3)
式の同位体交換反応および重水ミストの除去の3つの操
作が繰返され、低温浴3を通過する重水素ガス中のトリ
チウム濃度が徐々に低下する。
This causes the contamination of heavy water mist like the one mentioned above, (3)
The three operations of isotope exchange reaction and removal of heavy water mist in the formula are repeated, and the tritium concentration in the deuterium gas passing through the low temperature bath 3 gradually decreases.

このように各々の低温塔部で同位体交換反応を行なうこ
とによって、低温浴3から吐出される重水素ガス、すな
わち、反応塔4Aから配管50に吐出される重水素ガス
中のトリチウム濃度は、0.9pμになる。
By performing the isotope exchange reaction in each low-temperature column section in this way, the tritium concentration in the deuterium gas discharged from the low-temperature bath 3, that is, the deuterium gas discharged from the reaction column 4A to the pipe 50, is It becomes 0.9 pμ.

また、低温浴3から吐出される重水、すなわち、反応塔
7Nから配管43に吐出される重水中のトリチウム濃度
は、101]IM11である。
Further, the tritium concentration in the heavy water discharged from the low-temperature bath 3, that is, the heavy water discharged from the reaction tower 7N to the pipe 43, is 101]IM11.

配管43内を流れるioppmのトリチウムを含む重水
は、配管47を通して取出され、貯蔵される。
Heavy water containing ioppm tritium flowing through the pipe 43 is taken out through the pipe 47 and stored.

残りの重水は、配管43を通って高塩基20の蒸気凝縮
部25A内に導入され、蒸気凝縮部25A内の重水29
に混入される。
The remaining heavy water is introduced into the steam condensing part 25A of the high base 20 through the pipe 43, and the heavy water 29 in the steam condensing part 25A is
mixed into the

冷却部26によって、蒸気凝縮部25の容器30内の重
水29の温度は、80℃に維持されている。
The temperature of the heavy water 29 in the container 30 of the steam condensing unit 25 is maintained at 80° C. by the cooling unit 26 .

蒸気凝縮部25A内の重水は、配管27Aを通って、反
応塔21Aの蒸気発生部22に供給される。
Heavy water in the steam condensing section 25A is supplied to the steam generating section 22 of the reaction tower 21A through a pipe 27A.

蒸気発生部22に存在する重水は、加熱器23によって
加熱され、100℃の水蒸気となる。
The heavy water present in the steam generating section 22 is heated by the heater 23 and becomes steam at 100°C.

高温浴20内の圧力はlatmである。The pressure within the high temperature bath 20 is latm.

この水蒸気は、蒸気凝縮部25Bより配管29Aを通し
て反応塔21A内の空間33Aに供給されるトリチウム
を含む重水素ガスに混合される。
This water vapor is mixed with deuterium gas containing tritium, which is supplied from the steam condensing section 25B to the space 33A in the reaction tower 21A through the pipe 29A.

空間33Aに存在する重水の水蒸気は、空間33A内に
設置される過熱器(図示せず)によって親水性触媒層2
4の反応温度である約250℃まで過熱される。
The heavy water vapor present in the space 33A is transferred to the hydrophilic catalyst layer 2 by a superheater (not shown) installed in the space 33A.
It is heated to about 250° C., which is the reaction temperature of No. 4.

過熱器は図示されていないが、反応塔21Bの空間33
B、・・・2反応塔21Lの空間33Lにそれぞれ設置
されている。
Although the superheater is not shown, the space 33 of the reaction tower 21B
B, . . . are respectively installed in the space 33L of the reaction tower 21L.

重水素ガスと重水の水蒸気の混合流体は、空間33Aか
ら親水性触媒層24内に導かれる。
A mixed fluid of deuterium gas and heavy water vapor is introduced into the hydrophilic catalyst layer 24 from the space 33A.

親水性触媒層24内では、(4)式の同位体交換反応が
行なわれる。
Within the hydrophilic catalyst layer 24, the isotope exchange reaction of formula (4) is performed.

DTO(水蒸気)十D2 (気体)→ D20(水蒸気)十DT(気体) ・・・・・・(
4)トリチウム濃度の増加した重水素ガスとトリチウム
濃度の低下した重水の水蒸気との混合流体は、空間32
Aおよび配管31Aを通って、蒸気凝縮部25A内の重
水29中に放出される。
DTO (water vapor) 10 D2 (gas) → D20 (water vapor) 10 DT (gas) ・・・・・・(
4) The mixed fluid of deuterium gas with increased tritium concentration and heavy water vapor with decreased tritium concentration is stored in space 32.
A and pipe 31A, and is discharged into heavy water 29 in steam condensing section 25A.

重水の水蒸気は蒸気凝縮部25A内の重水29によって
完ア 全に凝縮される。
The heavy water vapor is completely condensed by the heavy water 29 in the steam condensing section 25A.

重水素ガスは、空間34Aに到達し、配管49内に吐出
される。
Deuterium gas reaches the space 34A and is discharged into the pipe 49.

反応塔21Aの蒸気発生部22に存在する重水は、蒸気
凝縮部25B1反応塔21B1蒸気凝縮部25C1反応
塔21C1・・・、蒸気発生部25に1反応塔21に1
蒸気凝縮部25Lおよび反応塔21にの順にこれらの内
部を通過する。
The heavy water present in the steam generation section 22 of the reaction tower 21A is divided into steam condensation section 25B1 reaction tower 21B1 steam condensation section 25C1 reaction tower 21C1..., one in the steam generation section 25, one in the reaction tower 21, and one in the reaction tower 21.
It passes through the steam condensing section 25L and the reaction tower 21 in this order.

その時重水は、各反応塔21の蒸気発生部22での水蒸
気化、親水性触媒層24内における重水素ガスとの同位
体交換反応および蒸気凝縮部25内で重水の水蒸気の凝
縮を繰返しながら流動する。
At that time, the heavy water flows while repeating steam generation in the steam generation section 22 of each reaction tower 21, an isotope exchange reaction with deuterium gas in the hydrophilic catalyst layer 24, and condensation of the heavy water vapor in the steam condensation section 25. do.

反応塔21Kに近づくにつれて重水内のトリチウム濃度
は、徐々に低下する!配管48内を流れる0、 911
Pのトリチウムを含む重水素ガスは、高塩基20の反応
塔21L内に供給される。
The tritium concentration in heavy water gradually decreases as it approaches the reaction tower 21K! 0, 911 flowing in the pipe 48
Deuterium gas containing tritium P is supplied into the reaction tower 21L of the high base 20.

この重水素は、反応塔21L1蒸気凝縮部25L1反応
塔21に1蒸気凝縮部25に1・・・、反応塔21B1
蒸気凝縮部25B1反応塔21Aおよび蒸気凝縮部25
Aの順にこれらの内部を通過する。
This deuterium is supplied to the reaction tower 21L1, the steam condensing section 25L1, the reaction tower 21, the steam condensing section 25, the reaction tower 21B1, etc.
Steam condensing section 25B1 reaction tower 21A and steam condensing section 25
Pass through these areas in the order of A.

重水素ガスは、重水の水蒸気の混入、同位体交換反応お
よび重水の水蒸気分離を繰返しながら徐々にトリチウム
濃度を増大させる。
Deuterium gas gradually increases the tritium concentration while repeating the mixing of heavy water vapor, isotope exchange reaction, and heavy water vapor separation.

0.9 ppmのトリチウムを含む重水素ガスを高塩基
20に供給することによって、高塩基20から吐出され
る重水、すなわち反応塔21Lから配管44内に吐出さ
れる重水中のトリチウム濃度は1mまで低下する。
By supplying deuterium gas containing 0.9 ppm of tritium to the high base 20, the tritium concentration in the heavy water discharged from the high base 20, that is, the heavy water discharged from the reaction tower 21L into the pipe 44, is reduced to 1 m. descend.

配管44内の重水は、低温浴40から配管45内に吐出
される1mのトリチウムを含む重水中に混合され、高塩
基41に供給される。
The heavy water in the pipe 44 is mixed with 1 m of tritium-containing heavy water discharged from the low temperature bath 40 into the pipe 45 and supplied to the high base 41 .

さらに高塩基41には、低温浴40から配管61内に吐
出されてo、o9ppmのトリチウムを含む重水素ガス
が供給される。
Further, the high base 41 is supplied with deuterium gas which is discharged from the low-temperature bath 40 into the pipe 61 and contains tritium at 9 ppm and 9 ppm.

これらの重水と重水素ガスとの間で、前述の高塩基20
と同様な手順で同位体交換反応が行なわれる。
Between these heavy water and deuterium gas, the above-mentioned high base 20
The isotope exchange reaction is carried out in a similar manner.

同位体交換反応によって高塩基41から配管46に吐出
される重水中のトリチウム濃度はo、 i ppmまで
低減され、高塩基41から配管60に吐出される重水素
ガス中のトリチウム濃度は0.9ppI11まで上昇す
る。
Through the isotope exchange reaction, the tritium concentration in the heavy water discharged from the high base 41 to the pipe 46 is reduced to o, i ppm, and the tritium concentration in the deuterium gas discharged from the high base 41 to the pipe 60 is 0.9 ppI11. rises to.

配管46内を流れるトリチウム温度の低い重水は、重水
炉1内に戻される。
The heavy water with a low tritium temperature flowing through the pipe 46 is returned to the heavy water reactor 1.

配管46内を流れる重水の一部は、配管52を通って低
温浴40内に供給される。
A portion of the heavy water flowing through the pipe 46 is supplied into the low temperature bath 40 through the pipe 52.

高塩基41から配管60内に吐出された重水素ガスの一
部は、配管48内に流入する。
A portion of the deuterium gas discharged from the high base 41 into the pipe 60 flows into the pipe 48 .

配管60内を流れる残りの重水素ガス中に低温浴3から
吐出される重水素ガスが混入される。
Deuterium gas discharged from the low temperature bath 3 is mixed into the remaining deuterium gas flowing through the pipe 60.

これらの重水素ガス(トリチウム濃度:0.9ppm)
は、低温帯40内に流入する。
These deuterium gases (tritium concentration: 0.9 ppm)
flows into the low temperature zone 40.

低温帯40内で低温浴3と同様な手順で同位体交換反応
が行なわれる。
An isotope exchange reaction is carried out in the low temperature zone 40 in the same manner as in the low temperature bath 3.

低温浴40から配管45内に1p¥Uのトリチウムを含
む重水が吐出され、さらに配管61内に0.09ppm
のトリチウムを含む重水が吐出される。
Heavy water containing 1p¥U of tritium is discharged from the low temperature bath 40 into the pipe 45, and further into the pipe 61 at 0.09ppm.
Heavy water containing tritium is discharged.

本実施例は、重水のミストと重水素ガスを低温塔内の疎
水性触媒層内で同位体交換反応させ、しかも重水の水蒸
気と重水素ガスを高温塔内の親水性触媒層内で同位体交
換反応をさせているので、同位体交換反応効率が高く、
低温浴および高温塔のそれぞれにおいて触媒単位体積当
りの重水の処理量が増大する。
In this example, heavy water mist and deuterium gas are subjected to an isotope exchange reaction in a hydrophobic catalyst layer in a low-temperature tower, and heavy water vapor and deuterium gas are isotopically exchanged in a hydrophilic catalyst layer in a high-temperature tower. Because the exchange reaction is carried out, the isotope exchange reaction efficiency is high.
The throughput of heavy water per unit volume of catalyst is increased in each of the low temperature bath and the high temperature tower.

第4図および第5図は、前述の実施例の低温浴および高
温塔における同位体交換反応速度と処理水流量との関係
を示す実験結果のグラフである。
FIGS. 4 and 5 are graphs of experimental results showing the relationship between the isotope exchange reaction rate and the flow rate of treated water in the low temperature bath and high temperature tower of the above-described example.

この実験においては、トリチウム10係および軽水90
%の組成を有する処理水を低温浴に供給し、純粋な水素
ガスを高温塔に供給した。
In this experiment, tritium 10 parts and light water 90 parts
% of the treated water was fed into the cold bath, and pure hydrogen gas was fed into the hot column.

低温浴から流出する処理水は高温塔へ、高温塔から流出
する水素ガスを低温浴へそれぞれ導いた。
The treated water flowing out from the low-temperature bath was led to the high-temperature tower, and the hydrogen gas flowing out from the high-temperature tower was led to the low-temperature bath.

低温塔内の疎水性触媒としては、多孔質の4弗化エチレ
ンチユーブ(直径5間、長さ5朋、肉厚1間、気孔率5
0係)に白金を0.5重量係で担持させたものを用いた
As a hydrophobic catalyst in the low-temperature column, a porous tetrafluoroethylene tube (diameter 5 cm, length 5 cm, wall thickness 1 cm, porosity 5
A material in which platinum was supported at a weight of 0.5 weight was used.

高温塔内の親水性触媒としては、ニッケルークロム海綿
金属にメッキ量8Vlでパラジウムをメッキしたものを
用いた。
As the hydrophilic catalyst in the high-temperature column, a nickel-chromium sponge metal plated with palladium at a plating amount of 8 Vl was used.

低温塔内の疎水性触媒層の温度は30℃、高温塔内の親
水性触媒層の温度は250℃にした。
The temperature of the hydrophobic catalyst layer in the low temperature column was 30°C, and the temperature of the hydrophilic catalyst layer in the high temperature column was 250°C.

低温浴および高温塔内における水素ガス流量は1.2N
m/hに設定した。
The hydrogen gas flow rate in the low temperature bath and high temperature tower is 1.2N.
m/h.

同位体交換反応速度R(mo4/cc−cat−h)は
、触媒単位体積当りで単位時間に水素ガス中に移行する
トリチウムのモル数として次式で示される。
The isotope exchange reaction rate R (mo4/cc-cat-h) is expressed by the following equation as the number of moles of tritium transferred per unit time into hydrogen gas per unit volume of catalyst.

ただし、youlは触媒層出口の水素ガス中のトリチウ
ム濃度、Yinは触媒層入口の水素ガス中のトリチウム
濃度、yeqは処理水と水素ガスが平衡に達した時の水
素ガス中のトリチウム濃度、Gは水素ガスの流量、■は
触媒層の体積である。
However, you is the tritium concentration in the hydrogen gas at the catalyst bed outlet, Yin is the tritium concentration in the hydrogen gas at the catalyst bed inlet, yeq is the tritium concentration in the hydrogen gas when the treated water and hydrogen gas reach equilibrium, and G is the flow rate of hydrogen gas, and ■ is the volume of the catalyst layer.

第4図から明らかなように、特性■で示される本実施例
の低温浴における同位体交換反応速度は、著しく高くな
っている。
As is clear from FIG. 4, the isotope exchange reaction rate in the low-temperature bath of this example, indicated by characteristic (2), is significantly high.

特性■は、処理水をミスト化しない状態で水素ガスと同
位体交換反応を行なった時の反応速度を示している。
Characteristic (■) indicates the reaction rate when the isotope exchange reaction with hydrogen gas is performed without turning the treated water into a mist.

特性■は、特性■の10倍になっている。Characteristic ■ is 10 times as large as characteristic ■.

これは、処理水のミスト化によって気液接触が均一化さ
れたことに基づく。
This is based on the fact that the gas-liquid contact is made more uniform by turning the treated water into a mist.

高温塔の同位体交換反応速度は、線速度が処理水を液体
状で水素ガスと向流接触させる同位体交換法の2倍にな
るが、処理水を水蒸気化しているので第5図の特性■に
示されるように著しく高い状態にある。
The linear velocity of the isotope exchange reaction rate in the high-temperature column is twice that of the isotope exchange method in which the treated water is brought into countercurrent contact with hydrogen gas in liquid form, but since the treated water is vaporized, the characteristics shown in Figure 5 are as follows. As shown in ■, it is in a significantly high state.

特性■は、特性Iよりもさらに高くなっている。Characteristic ■ is even higher than characteristic I.

高温塔の反応効率は、低温浴のそれよりも高くなってい
る。
The reaction efficiency of the hot column is higher than that of the cold bath.

以上の実験結果から、本実施例の低温浴および高温塔に
おける反応効率が著しく高くなることがわかる。
From the above experimental results, it can be seen that the reaction efficiency in the low temperature bath and high temperature tower of this example is significantly increased.

第1図に示す実施例の同位体交換反応装置2の定量的な
効果を以下に説明する。
The quantitative effects of the isotope exchange reaction apparatus 2 of the embodiment shown in FIG. 1 will be explained below.

同位体交換反応装置の仕様は、トリチウムを含む重水の
処理量1001/h1重水素ガスの流量15ONボ/h
、低温浴の濃縮度10.高温塔の除染係数101低温塔
の温度30℃、高温塔の温度2’50℃である。
The specifications of the isotope exchange reactor are: throughput of heavy water containing tritium: 1001/h; flow rate of deuterium gas: 15ON/h
, low temperature bath concentration 10. The decontamination coefficient of the high temperature tower is 101, the temperature of the low temperature tower is 30°C, and the temperature of the high temperature tower is 2'50°C.

このような仕様条件のもとでトリチウム除去の場合、同
位体交換反応装置2の低温浴および高温塔の形状は、次
表のようになる。
In the case of tritium removal under such specification conditions, the shapes of the low temperature bath and high temperature column of the isotope exchange reactor 2 are as shown in the following table.

この表から明らかなように本実施例の同位体交換反応装
置2は、単にトリチウムを含む重水を、触媒層を有する
低温浴および高温塔内で重水素ガスと向流接触させる同
位体交換反応装置Xに比べて触媒の充填量が著しく減少
でき、触媒単位体積当りの処理量が著しく増大する。
As is clear from this table, the isotope exchange reaction apparatus 2 of this example is an isotope exchange reaction apparatus that simply brings tritium-containing heavy water into countercurrent contact with deuterium gas in a low temperature bath having a catalyst layer and a high temperature column. Compared to X, the amount of catalyst packed can be significantly reduced, and the throughput per unit volume of catalyst can be significantly increased.

また触媒量が少ないので、装置をコンパクトにできる。Furthermore, since the amount of catalyst is small, the device can be made compact.

後者の同位体交換反応装置Xでは運転圧力を50at醒
こする必要があり、放射性ガスであるトリチウムが外部
領域に漏れるおそれがある。
In the latter isotope exchange reaction device

しかし、本実施例の運転圧力はlatmでよく、外部領
域にトリチウムが漏洩する危険性が著しく低減される。
However, the operating pressure in this embodiment may be latm, and the risk of tritium leaking into the external region is significantly reduced.

本実施例において運転圧力をlatmにできるのは、同
位体交換反応装置2の反応効率が著しく高いことによる
The reason why the operating pressure can be set to latm in this example is that the reaction efficiency of the isotope exchange reactor 2 is extremely high.

同位体交換反応装置2の低温浴の段数を同位体交換反応
装置Xのそれより少なくできるのは、’ Nuclea
rChemical Engineering“。
The number of stages of the low temperature bath in the isotope exchange reactor 2 can be made smaller than that in the isotope exchange reactor X because 'Nuclea
rChemical Engineering”.

P460 Figll、22.に示される低温浴の操
作線(operating I 1ne)の傾きを大き
くできることによる。
P460 Figll, 22. This is because the slope of the operating line (operating I 1ne) of the low temperature bath shown in can be increased.

第1図に示す同位体交換反応装置39も、表1の同位体
交換反応装置Xを用いる場合でも、同位体交換反応装置
Xと同じ形状の同位体交換反応装置Yを設ける必要があ
る。
Even when the isotope exchange reaction apparatus 39 shown in FIG. 1 uses the isotope exchange reaction apparatus X shown in Table 1, it is necessary to provide an isotope exchange reaction apparatus Y having the same shape as the isotope exchange reaction apparatus X.

前記実施例においては、親水性触媒として海綿金属触媒
を用いたが、本発明では従来から一般的に使用されてい
るセラミックまたは活性炭等の多孔体を担体とした親水
性触媒を用いてもよい。
In the above examples, a sponge metal catalyst was used as the hydrophilic catalyst, but in the present invention, a hydrophilic catalyst using a porous material such as ceramic or activated carbon, which has been commonly used as a carrier, may be used.

但しこの場合には誤操作により反応塔内の水蒸気分圧が
過飽和状態になると、水分が触媒担体中の細孔内に凝集
され、水に濡れた状態となり、失活することがある。
However, in this case, if the water vapor partial pressure in the reaction tower becomes supersaturated due to incorrect operation, water may condense in the pores of the catalyst carrier, resulting in a wet state and deactivation.

更に、−重水に濡れた後は水分が強固(こ吸着するため
、脱水・乾燥に時間がかかるという問題がある。
Furthermore, there is a problem that after getting wet with heavy water, water is strongly adsorbed, so dehydration and drying take a long time.

よって、かかる触媒を用いる時には、運転圧力を高塩基
における液体の飽和蒸気圧以下としたが、分圧を過飽和
にする恐れを小さくできる。
Therefore, when using such a catalyst, although the operating pressure is set below the saturated vapor pressure of the liquid in the high base, the risk of oversaturation of the partial pressure can be reduced.

また、高塩基の液体蒸気は乾燥蒸気を用いた方が、凝縮
による濡れによる触媒能の低下を防止できる。
Furthermore, if dry vapor is used as the highly basic liquid vapor, it is possible to prevent a decrease in catalytic performance due to wetting due to condensation.

なお海綿金属触媒は担体が多孔体でないため強固な水の
凝集は起こらないという利点を有する。
Note that the sponge metal catalyst has the advantage that strong water aggregation does not occur because the carrier is not porous.

本発明の他の実施例を第6図に示す。Another embodiment of the invention is shown in FIG.

第1図の実施例と同一構成は、同一符号で示す。Components that are the same as those in the embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals.

本実施例は、独立した閉ループの重水素ガス循環ライン
を同位体交換反応装置2および39にそれぞれ設けたも
のである。
In this embodiment, independent closed-loop deuterium gas circulation lines are provided in the isotope exchange reactors 2 and 39, respectively.

すなわち、同位体交換反応装置39は、配管60および
61による重水素ガス循環ラインを有する。
That is, the isotope exchange reactor 39 has a deuterium gas circulation line formed by pipes 60 and 61.

同位体交換反応装置2は、配管49および62による重
水素ガス循環ラインを有する。
The isotope exchange reactor 2 has a deuterium gas circulation line formed by pipes 49 and 62.

配管62は、低温浴3の反応塔4A内の空間17Aと高
塩基20の反応塔21L内の空間33Lを連絡している
The pipe 62 communicates the space 17A in the reaction tower 4A of the low temperature bath 3 with the space 33L in the reaction tower 21L of the high base 20.

本実施例においても、前述の実施例と同様な効果が得ら
れる。
In this embodiment as well, the same effects as in the above-mentioned embodiments can be obtained.

さらに本実施例では同位体交換反応装置2および39の
それぞれの重水素ガスの流量を単独に調節できるので、
重水素ガス流量の調整が容易になる。
Furthermore, in this embodiment, since the flow rate of deuterium gas in each of the isotope exchange reactors 2 and 39 can be adjusted independently,
It becomes easy to adjust the deuterium gas flow rate.

本発明は、前述したようにトリチウム除去に適用できる
だけでなく、重水の製造に用いることが可能である。
The present invention can be applied not only to tritium removal as described above, but also to the production of heavy water.

すなわち、前述の第1図または第6図に示す実施例を用
い、重水の含有量の少ない天然の軽水と水素ガスとの間
で同位体交換反応を行ない、重水の濃度を高めることが
できる。
That is, by using the embodiment shown in FIG. 1 or FIG. 6 described above, the concentration of heavy water can be increased by performing an isotope exchange reaction between natural light water with a low content of heavy water and hydrogen gas.

すなわち、本発明によれば、上述した如く低温浴で処理
水をミスト化し、高塩基で処理水を水蒸気化して同位体
交換反応を行なっているので、同位体交換反応の反応効
率が著しく増大するという効果を奏し得るものである。
That is, according to the present invention, as described above, the treated water is turned into mist in a low-temperature bath, and the treated water is vaporized with a high base to perform the isotope exchange reaction, so the reaction efficiency of the isotope exchange reaction is significantly increased. This effect can be achieved.

なお、当然のことではあるが、図示実施例は例示的なも
のであって、本発明はこれに限られるものではない。
It should be noted that, as a matter of course, the illustrated embodiments are merely illustrative, and the present invention is not limited thereto.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図乃至第5図は本発明の実施の一例を示し、第1図
はその同位体交換反応装置を適用した重水炉のトリチウ
ム除去装置の系統図、第2図は第1図に示すトリチウム
除去装置の低温浴の詳細系統図、第3図は第1図に示す
トリチウム除去装置の高温塔の詳細系統図、第4図は低
温塔における処理水と同位体交換反応速度との関係を示
す特性図、第5図は高温塔における処理水と同位体交換
反応速度との関係を示す特性図である。 第6図は本発明の別個のトリチウム除去装置の系統図を
示す。 2・・・・・・同位体交換反応装置(トリチウム濃縮部
)、39・・・・・・同位体交換反応装置(トリチウム
濃縮部)、3.40・・・・・・低温塔、20,4・・
・・・・高温塔、4゜4A、4B 、・・・、4N・・
・・・第1触媒充填部(反応塔、6・・・・・・ミスト
除去部(ミスト分離器)、7゜7A、7B 、・・・、
7N・・・・・・ミスト生成部(ミスト発生器)、21
.21A、21B、・・・、21L・・・・・・第2触
媒充填部(反応塔)、22・・・・・・蒸気発生部、2
5・・・・・・蒸気除去部(蒸気凝縮部)。
1 to 5 show an example of the implementation of the present invention, FIG. 1 is a system diagram of a tritium removal device for a heavy water reactor to which the isotope exchange reaction device is applied, and FIG. 2 is a tritium removal device shown in FIG. 1. Figure 3 is a detailed system diagram of the low-temperature bath of the removal equipment; Figure 3 is a detailed diagram of the high-temperature column of the tritium removal equipment shown in Figure 1; Figure 4 shows the relationship between the treated water in the low-temperature tower and the isotope exchange reaction rate. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between treated water and isotope exchange reaction rate in a high-temperature column. FIG. 6 shows a system diagram of a separate tritium removal device of the present invention. 2... Isotope exchange reaction device (tritium enrichment section), 39... Isotope exchange reaction device (tritium enrichment section), 3.40... Low temperature tower, 20, 4...
...High temperature tower, 4゜4A, 4B, ..., 4N...
...First catalyst packed section (reaction tower, 6...Mist removal section (mist separator), 7°7A, 7B, ...,
7N...Mist generation section (mist generator), 21
.. 21A, 21B,..., 21L... Second catalyst packed section (reaction tower), 22... Steam generation section, 2
5... Steam removing section (steam condensing section).

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 低温浴と高温塔とを有する同位体交換反応装置にお
いて、前記低温浴が水素の同位体元素を含む処理水をミ
スト化するミスト生成部と、前記高温塔から排出される
水素ガスおよび重水素ガスの少なくとも一方を含む反応
ガスと前記ミスト生成部から排出される処理水のミスト
とが供給される同位体交換反応を促進させる第1触媒充
填部と、前記反応ガス中から前記ミストを除去するミス
ト除去部とから構成され、前記高温塔が前記低温浴から
排出される処理水を蒸気にする蒸気発生部と、水素ガス
および重水素ガスの少なくとも一方を含む反応ガスと前
記蒸気発生部から排出される処理水の蒸気とが供給され
る同位体交換反応を促進させる第2触媒充填部と、反応
ガス中の処理水の蒸気を除去する蒸気除去部とから構成
されることを特徴とする同位体交換反応装置。 2 前記ミスト除去部が、処理水のミストと反応ガスの
混合流体の流れ方向に対して前記第1触媒充填部の下流
側に配置されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
に記載の同位体交換反応装置。 3 前記第1触媒充填部に存在する触媒が疎水性触媒で
あり、前記第2触媒充填部に存在する触媒が親水性触媒
であることを特徴とする特許請求の範囲第1項または第
2項に記載の同位体交換反応装置。 4 前記蒸気除去部が、処理水の水蒸気と反応ガスの混
合流体の流れ方向に対して前記第2触媒充填部より下流
側に配置されることを特徴とする特許請求の範囲第1項
または第2項に記載の同位体交換反応装置。 5 前記第1触媒充填部に存在する触媒が疎水性触媒で
あり、前記第2触媒充填部に存在する触媒が親水性触媒
であることを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載の
同位体交換反応装置。 6 前記低温浴と前記高温塔とから第1同位体交換反応
要素を構成し、前記低温浴と前記高温塔とから第2同位
体交換反応要素を構成し、前記第1同位体交換要素の前
記高温塔から排出される処理水を前記第2同位体交換反
応要素の前記高温塔に導く第1通路を設け、前記第2同
位体交換反応要素の前記高温塔から排出される処理水の
一部を前記第2同位体交換反応要素の前記低温浴に導く
第2通路を設けることを特徴とする特許請求の範囲第1
項に記載の同位体交換反応装置。
[Scope of Claims] 1. In an isotope exchange reaction apparatus having a low temperature bath and a high temperature column, the low temperature bath includes a mist generation section that turns treated water containing hydrogen isotopes into a mist, and a mist generation section that turns treated water containing hydrogen isotopes into a mist, and a first catalyst filling section for promoting an isotope exchange reaction to which a reaction gas containing at least one of hydrogen gas and deuterium gas and a mist of treated water discharged from the mist generating section are supplied; a mist removal section that removes the mist from the bath, a steam generation section in which the high-temperature tower converts treated water discharged from the low-temperature bath into steam, and a reaction gas containing at least one of hydrogen gas and deuterium gas. Consisting of a second catalyst filling section that promotes the isotope exchange reaction to which the steam of the treated water discharged from the steam generation section is supplied, and a steam removal section that removes the steam of the treated water from the reaction gas. An isotope exchange reaction device characterized by: 2. According to claim 1, the mist removing section is arranged downstream of the first catalyst filling section with respect to the flow direction of the mixed fluid of the treated water mist and the reaction gas. isotope exchange reactor. 3. Claim 1 or 2, characterized in that the catalyst present in the first catalyst filling section is a hydrophobic catalyst, and the catalyst present in the second catalyst filling section is a hydrophilic catalyst. The isotope exchange reaction device described in . 4. Claim 1 or 4, characterized in that the steam removing section is disposed downstream of the second catalyst filling section with respect to the flow direction of the mixed fluid of the steam of the treated water and the reaction gas. The isotope exchange reaction device according to item 2. 5. The isotope according to claim 4, wherein the catalyst present in the first catalyst filling part is a hydrophobic catalyst, and the catalyst present in the second catalyst filling part is a hydrophilic catalyst. Body exchange reaction device. 6 A first isotope exchange reaction element is constituted by the low temperature bath and the high temperature column, a second isotope exchange reaction element is constituted by the low temperature bath and the high temperature column, and the A first passage is provided for guiding treated water discharged from the high temperature column to the high temperature column of the second isotope exchange reaction element, and a portion of the treated water discharged from the high temperature column of the second isotope exchange reaction element is provided. Claim 1, characterized in that a second passage is provided for guiding the isotope exchange reaction element to the low temperature bath of the second isotope exchange reaction element.
The isotope exchange reaction device described in Section.
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