熔鹽蒸餾裝置及方法與流程

本發明涉及一種惰性氣體環境中的熔鹽蒸餾裝置及方法。

背景技術：

熔鹽反應堆(msr)是第四代反應堆型中唯一一種以液體為燃料的反應堆，被認為是釷鈾循環較好的增殖堆，其燃料鹽為高溫氟鹽，載體鹽為flibe；其經過一段時間使用后需要進行燃料鹽的在線處理，以去除裂變產物，回收載體鹽。其中一種處理燃料鹽的方法是通過蒸餾方法回收載體鹽，其原理是各物質相對揮發性的差異。由于熔鹽蒸汽壓較低，例如lif在1000℃下蒸汽壓僅為70pa，因此需要在較高的溫度和真空度下蒸餾熔鹽，分離雜質；通常的蒸餾方法為減壓蒸餾。

載體鹽中含有具較強毒性的bef2，其粉塵被人體吸入后會造成很大傷害；而由于熔鹽蒸餾后常常得到較多粉塵，因此在蒸餾和后續的處理過程中必須進行隔離操作，防止操作人員直接接觸熔鹽粉塵。另外，很多其他種類的熔鹽易吸水潮解或要求無氧處理，為獲得高品質的蒸餾產物，因此同樣有必要在隔離條件中進行蒸餾操作。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是為了克服現有技術的熔鹽蒸餾裝置及方法缺乏隔離防護措施的缺陷，提供一種惰性氣體環境中熔鹽蒸餾裝置及方法。

本發明是通過下述技術方案來解決上述技術問題：

本發明提供了一種熔鹽蒸餾裝置，包括蒸餾爐和坩堝，所述蒸餾爐包括爐體和密封連接于所述爐體的底部的法蘭，所述爐體圍繞形成有爐腔，所述坩堝固定于所述法蘭并位于所述爐腔內；

所述熔鹽蒸餾裝置還包括惰性氣氛設備，所述惰性氣氛設備設置于所述 爐體的下方；

所述熔鹽蒸餾裝置還包括水冷系統，所述水冷系統與所述法蘭相連接；

其中，當所述法蘭脫離于所述爐體時，所述惰性氣氛設備的內部與所述爐腔相連通。

較佳地，所述惰性氣氛設備包括惰性氣體源和設備腔體，所述惰性氣體源設置于所述設備腔體的外部并通過供氣管與所述爐腔相連通，所述爐體的底部與所述設備腔體的頂部密封連接，且所述設備腔體的內部與所述爐腔相連通。

較佳地，所述法蘭與升降裝置相連接，所述升降裝置用于實現所述法蘭抵靠于或脫離于所述爐體的底部；

和/或，所述法蘭通過橡膠圈與所述爐體的底部密封連接；

和/或，所述爐體的外壁面包覆有加熱器，該加熱器能夠達到的加熱溫度為室溫到1200℃，通常溫度設置為頂部1000℃，中部600℃。

較佳地，所述升降裝置穿過所述設備腔體與所述法蘭相連接，升降裝置的控制主體設置在惰性氣氛外，便于維修維護，同時節省設備內部空間；所述升降裝置與所述設備腔體的連接處設有動密封，以避免裝卸操作時設備漏氣。

較佳地，所述坩堝包括蒸發坩堝、坩堝支架以及收集坩堝，所述收集坩堝固定于所述法蘭，所述蒸發坩堝通過所述坩堝支架固定于所述收集坩堝。

較佳地，所述水冷系統包括水冷循環泵、進水管和出水管，所述進水管和所述出水管貫穿所述設備腔體并與所述法蘭的水冷管路相連接；所述水冷系統用于冷卻法蘭密封圈，實現高溫工作條件下腔體的密封，同時隔絕熱量，避免惰性氣氛設備過熱。

較佳地，所述熔鹽蒸餾裝置還包括真空系統，所述真空系統包括真空泵和抽氣管，所述真空泵通過所述抽氣管與所述爐腔相連通，所述抽氣管上設有管路閥。

較佳地，所述抽氣管上設有用于過濾有害粉塵的過濾器；經過若干次真 空蒸餾實驗，少部分鹽霧或者粉塵會隨著真空泵抽氣，逐漸累積在過濾器內，堵塞其濾芯，阻礙抽真空操作，因此過濾器濾芯需要定期更換；所述過濾器位于所述設備腔體的內部，可以直接在設備腔體內拆裝更換，便于更換濾芯時的人員保護。

本發明還提供了一種應用了如上所述的熔鹽蒸餾裝置的熔鹽蒸餾方法，所述坩堝包括蒸發坩堝、坩堝支架以及收集坩堝，所述收集坩堝固定于所述法蘭，所述蒸發坩堝通過所述坩堝支架固定于所述收集坩堝，所述爐體的外壁面包覆有加熱器，所述水冷系統通過管路與所述法蘭的水冷管路相連通，所述熔鹽蒸餾裝置還包括真空系統，所述真空系統通過氣路與所述爐腔相連通，所述熔鹽蒸餾方法包括以下步驟：

s1、打開所述惰性氣體源，使惰性氣體充滿所述爐腔及所述設備腔體的內部；

s2、裝載蒸餾物于所述蒸發坩堝內，使所述法蘭與所述爐體密封連接，并調節所述加熱器至預設的操作溫度；

s3、打開所述水冷系統與所述真空系統，進行熔鹽蒸餾；

s4、蒸餾結束后，關閉所述水冷系統與所述真空系統，打開所述惰性氣體源通入惰性氣體，再打開所述法蘭使所述法蘭脫離所述爐體，將所述坩堝內的產物封裝后取出。

在符合本領域常識的基礎上，上述各優選條件，可任意組合，即得本發明各較佳實例。

本發明的積極進步效果在于：本發明通過將提供惰性氣氛環境的惰性氣氛設備與蒸餾系統連用，實現了蒸餾操作中對操作人員的隔離防護，保護了操作人員免受有毒有害的蒸餾物的影響，使有毒或者低放射性熔鹽的蒸餾分離成為可能；同時，由于蒸餾操作在惰性氣體環境內進行，避免了某些較為敏感的熔鹽與水氧接觸發生污染，從而能夠獲得低水氧含量、品質較高的蒸餾產物。

附圖說明

圖1為本發明較佳實施例的熔鹽蒸餾裝置的結構示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例的方式進一步說明本發明，但并不因此將本發明限制在所述的實施例范圍之中。

如圖1所示，一種熔鹽蒸餾裝置，包括蒸餾爐和坩堝，所述蒸餾爐包括爐體11和密封連接于所述爐體的底部的法蘭12，所述爐體11圍繞形成有爐腔，所述坩堝固定于所述法蘭12并位于所述爐腔內；所述熔鹽蒸餾裝置還包括惰性氣氛設備，所述惰性氣氛設備設置于所述爐體11的下方；所述熔鹽蒸餾裝置還包括水冷系統6；其中，當所述法蘭12脫離于所述爐體11時，所述惰性氣氛設備的內部與所述爐腔相連通。

所述惰性氣氛設備包括惰性氣體源31和設備腔體32，所述惰性氣體源31設置于所述設備腔體32的外部并通過供氣管與所述爐腔相連通，所述爐體11的底部與所述設備腔體32的頂部密封連接，且所述設備腔體32的內部與所述爐腔相連通。所述設備腔體32選用手套箱。

所述法蘭12與升降裝置4相連接，所述升降裝置4用于實現所述法蘭12抵靠于或脫離于所述爐體11的底部；所述法蘭12通過橡膠圈與所述爐體11的底部密封連接；所述爐體11的外壁面包覆有加熱器5。所述升降裝置4穿過所述設備腔體32與所述法蘭12相連接，所述升降裝置4與所述設備腔體32的連接處設有動密封8。

所述坩堝包括蒸發坩堝21、坩堝支架22以及收集坩堝23，所述收集坩堝23固定于所述法蘭12，所述蒸發坩堝21通過所述坩堝支架22固定于所述收集坩堝23。

所述水冷系統6包括水冷循環泵、進水管和出水管，所述進水管和所述出水管貫穿所述設備腔體并與所述法蘭的水冷管路相連接。

所述熔鹽蒸餾裝置還包括真空系統，所述真空系統包括真空泵71和抽 氣管，所述真空泵通過所述抽氣管與所述爐腔相連通，所述抽氣管上設有管路閥。所述抽氣管上設有過濾器72，且所述過濾器位于所述設備腔體的內部。

上述熔鹽蒸餾裝置在使用過程中，手套箱內各操作均通過手套操作接口進行，原料及產品等在裝置內部的進出均通過手套箱過渡艙進行。

應用了上述熔鹽蒸餾裝置的熔鹽蒸餾方法包括以下步驟：

s1、打開所述惰性氣體源31，使惰性氣體充滿所述爐腔及所述設備腔體32的內部；

s2、打開封裝熔鹽并裝入蒸發坩堝21中，按照圖1所示將蒸發坩堝21、坩堝支架22、收集坩堝23放置在法蘭12上，安放穩當后通過升降將蒸發坩堝21、坩堝支架22、收集坩堝23和法蘭12一起上升，直到法蘭12與手套箱上方的爐體11腔體密封后停止上升，并調節所述加熱器5至預設的操作溫度，通常溫度設置為頂部1000℃，中部600℃；

s3、檢查腔體的密閉性并且開啟真空系統7進行抽真空操作，底部開啟水冷系統6，同時開啟加熱器5，加熱蒸餾腔體的不同部位，進行熔鹽蒸餾；蒸發坩堝21內的熔鹽受熱蒸發，在中部蒸餾腔體內壁上冷凝，并且流入收集坩堝23中；通過觀察蒸餾過程中腔體的真空度、溫度變化判斷蒸餾的終點；

s4、蒸餾結束后，關閉加熱器5、水冷系統6與真空系統，腔體冷卻至室溫后進行打開取樣操作：首先向腔體中充入惰性氣體至常壓，打開法蘭12使其脫離爐體11，操作升降裝置4將蒸發坩堝21、坩堝支架22、收集坩堝23和法蘭12一起下降至手套箱內，取出蒸餾剩余鹽、冷凝收集鹽。在手套箱內封裝后通過過渡艙取出。

在本發明的描述中，需要理解的是，術語“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定 的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。

雖然以上描述了本發明的具體實施方式，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本發明的保護范圍是由所附權利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本發明的原理和實質的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本發明的保護范圍。