温系统用于保证反应所需的温度条件，其包括套在外筒5外部、且呈对称半圆环状结构的加热器10，与该加热器10连接的固态继电器，以及与该固态继电器连接的PID温控仪。此外，加热器和外筒外部表面均包裹有保温层，本实施例中，保温层采用2 cm厚的硅酸铝纤维棉层11。
[0032]下面对本发明的工作流程进行详细介绍。
[0033]首先，对安装好的内环流反应器以及配套的管路和后处理系统进行保压测试，并对外筒5内进行抽真空，直至真空度达到5Pa以下，确保氢气操作时的设备安全。
[0034]接着，启动控温系统，对外筒内部进行预热。预热结束后，通过中心区进气管I和环隙区进气管2向中心区和环隙区内通入高纯氢气。
[0035]而后，将待处理的含氚废水从含氚水进水管7引入，然后经环管式分布器9缓慢平稳地滴入至环隙区，控制中心区和环隙区的氢气表观气速，形成中心气升式环流。进入的高纯氢气首先进入到氢气进气缓冲腔体，然后经烧结板3形成尺寸较小、分布均一的气泡后进入环流中心区和环隙区内。含氚水与高纯氢气充分反应，得到含氚氢气和低氚水，含氚水液位高度不超过反应器外筒内径的20%。反应后的含氚氢气自反应器顶部的含氚氢气排出管道8引出，引出的含氚氢气可以通过循环栗加压后，自反应器底部的进气通道继续引入到外筒5中，实现循环反应，提升氢气氚的含量，并连续检测低氚水出水管水相的氚含量，直至符合氚浓度指标时排出低氚水。
[0036]上述低氚水的排出可以采用间歇或连续的处理方式；间歇操作时，在环流反应器内一次性注入足量的待处理含氚水，经反应器内多次循环反应，监测低氚水浓度达到指标，将该批次低氚水全部引出，再重复进行;连续操作时，缓慢平稳地滴入待处理含氚水，与反应器内的低氚水混合后进行氢同位素交换，在低氚水采出口监测氚浓度，并连续引出符合氚浓度指标的低氚水，保证环流反应器连续稳定运行的同时连续排出所需低氚水。
[0037]另外，如图2所示，在上述处理过程中，控制中心区高纯氢气表观气速高于环隙区气速，中心区液相气含率高，水相整体向上流动。水相高度超过导流筒高度时，受重力作用进入环隙区。环隙区由于氢气表观气速较小，水相整体向下移动。到达环隙底部导流孔位置时，受导流孔两侧压力差的驱动，环隙水相经导流孔进入中心区，从而实现反应器内中心区水相向上运动、环隙向下运动的中心气升式环流模式。而反应器顶部的含氚水经环管式分布器9滴入环隙区，局部提升了环隙区水相的氚浓度，导致气液相传质和反应推动力增加，从而进一步提升了反应效率。如此一来，通过控制液相环流速度或停留时间、含氚水加料速率和低氚水引出速率，以及氢气进气流量，就可以便捷、定量地控制反应器内同位素交换反应进程，得到符合指标的低氚水和高浓度的含氚氢气。
[0038]图3和图4分别为内环流反应器的三维正视图和剖视图。在本实施例中，内环流反应器安装流程如下:导流筒最底端设置密封胶，结合烧结板上的契合结构，使得导流筒压紧烧结板，保证导流筒最底部内外筒之间的密封性。填装Θ环填料，填料高度不超过导流筒高度，然后将外筒和顶盖通过法兰连接，再依次安装控温系统和保温层。
[0039]本发明通过合理的结构及操作流程设计，气液相接触面积大、反应效率高，并且含氚水能定向流动，同时还可以控制液相停留时间，因而操作弹性大，可快速、准确地控制反应后气液相的氚含量。因此，本发明技术进步十分明显，将水去氚化反应器的设计提升到了一个新的高度。
[0040]上述实施例仅为本发明的优选实施方式之一，不应当用于限制本发明的保护范围，凡在本发明的主体设计思想和精神上作出的毫无实质意义的改动或润色，其所解决的技术问题仍然与本发明一致的，均应当包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，包括顶盖、外筒(5)、中心区进气管(1)、环隙区进气管(2)、烧结板(3)、带有导流孔的导流筒(4)、涂覆了疏水催化剂的Θ环填料(6)、含氣水进水管(7)、含氣氢气排气管(8)、环管式分布器(9)和低氣水出水管(12);所述顶盖设置在外筒(5)顶部，所述环管式分布器(9)位于外筒(5)内部并靠近顶盖，所述含氚水进水管(7)和含氚氢气排气管(8)则均穿入顶盖与外筒内部连通，并且含氚水进水管(7)还与环管式分布器(9)连接;所述导流筒(4)设置在外筒(5)内部底部，并将外筒内部底部空间分隔为中心区和环隙区，所述中心区进气管(I)由外筒(5)底部穿入并与导流筒(4)连通，用于向中心区内通入高纯氢气;所述环隙区进气管(2)与外筒(5)底部连通，用于向环隙区通入高纯氢气;所述烧结板(3)固定在外筒(5)内部，并位于导流筒(4)下方，其将外筒(5)底部分隔出一个氢气进气缓冲腔体;所述Θ环填料(6)分别填装于中心区和环隙区内；所述低氚水出水管(12)与外筒(5)外壁连接并与环隙区连通。2.根据权利要求1所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述Θ环填料(6)由玻璃棉毡或80?200目不锈钢丝网，经涂覆Pt基疏水催化剂、切割和卷压成型制得。3.根据权利要求2所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述Θ环填料(6)的高径比为I?1.2。4.根据权利要求3所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述Θ环填料(6)的填装高度不超过导流筒高度。5.根据权利要求1?4任一项所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，还包括控温系统，该控温系统包括套在外筒(5)外部、且呈对称半圆环状结构的加热器(10)，与该加热器(10)连接的固态继电器，以及与该固态继电器连接的PID温控仪。6.根据权利要求5所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述加热器(10)和外筒(5)外部还均包裹有用作保温层、且厚度为2 Cm的硅酸铝纤维棉层(11)。7.根据权利要求1、2、3、4或6所述的一种用于水去氚化的内环流反应器，其特征在于，所述环隙区和中心区的横截面面积比为2.5?5。8.权利要求1?7任一项所述的内环流反应器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤:(I)对内环流反应器进行保压测试，并对其内部进行抽真空，直至真空度达到5Pa以下； (2 )启动控温系统，对外筒内部进行预热； (3)预热结束后，分别向中心区和环隙区中通入高纯氢气，然后引入待处理含氚水，控制中心区和环隙区的氢气表观气速，形成中心气升式环流，并控制含氚水液位高度不超过反应器外筒内径的20%，使含氚水与高纯氢气进行氢同位素交换反应，得到含氚氢气和低氚水;该步骤中，中心区液相向上流动，液相高度超过导流筒后受到重力影响，在环隙区向下流动，并在到达导流孔位置时，受到导流孔两侧压力差的推动，从环隙区经导流孔流入中心区，形成循环； (4)将含氚氢气排出，并继续循环通入至中心区和环隙区内与低氚水反应，然后检测低氚水出水管水相的氚含量，直至符合氚浓度指标时排出低氚水和含氚氢气。9.根据权利要求8所述的内环流反应器的实现方法，其特征在于，所述步骤(3)中，高纯氢气经中心区进气管、环隙区进气管进入内环流反应器底部的氢气进气缓冲腔体中，并经过烧结板形成分布均一的气泡，然后进入中心区和环隙区内。10.根据权利要求8或9所述的内环流反应器的实现方法，其特征在于，所述步骤(4)中，低氚水的排出可以采用间歇或连续的处理方式；间歇操作时，在环流反应器内一次性注入足量的待处理含氚水，经反应器内多次循环反应，监测低氚水浓度达到指标，将该批次低氚水全部引出，再重复进行;连续操作时，缓慢平稳地滴入待处理含氚水，与反应器内的低氚水混合后进行氢同位素交换，在低氚水采出口监测氚浓度，并连续引出符合氚浓度指标的低氚水，保证环流反应器连续稳定运行的同时连续排出所需低氚水。
【专利摘要】本发明公开用于水去氚化的内环流反应器，包括顶盖、外筒、中心区进气管、环隙区进气管、烧结板、导流筒、θ环填料、含氚水进水管、含氚氢气排气管、环管式分布器和低氚水出水管；顶盖设在外筒顶部，环管式分布器位于外筒内部，含氚水进水管和含氚氢气排气管均与外筒内部连通，且含氚水进水管连接环管式分布器；导流筒将外筒内部底部空间分为中心区和环隙区，中心区进气管与导流筒连通；环隙区进气管与外筒底部连通；烧结板固定在外筒内部；θ环填料填装于中心区和环隙区内；低氚水出水管与环隙区连通。本发明具有气液相接触面积大、反应效率高的特点，且含氚水能定向流动，同时还能控制液相停留时间，因而可快速、准确地控制反应后气液相氚含量。
【IPC分类】G21F9/06
【公开号】CN105654998
【申请号】
【发明人】李佩龙, 熊仁金, 姜飞, 杨雷, 宋江锋, 张志 , 罗军洪, 陈长安, 罗德礼
【申请人】中国工程物理研究院材料研究所
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2016年3月25日