阅读说明：本技术 一种高纯度重水的生产设备及其提纯工艺 (Production equipment and purification process of high-purity heavy water ) 是由 张文池 于 2020-11-16 设计创作，主要内容包括：本发明属于重水制备领域,具体公开了一种高纯度重水的生产设备及其提纯工艺,所述生产设备包括电解器(100)、阳极板(110)、阴极板(120)、水通道(130)、电解器进水口(140)、电解器出水口(150)、储水箱(200)、水气分离机(300)、废水出口(310)、储气箱(400)、氘气提纯机(500)、重水反应器(600)；本发明公开的重水生产设备成本低,能耗小,工艺简单,生产的重水纯度高。(The invention belongs to the field of heavy water preparation, and particularly discloses production equipment of high-purity heavy water and a purification process thereof, wherein the production equipment comprises an electrolyzer (100), an anode plate (110), a cathode plate (120), a water channel (130), an electrolyzer water inlet (140), an electrolyzer water outlet (150), a water storage tank (200), a water-gas separator (300), a wastewater outlet (310), a gas storage tank (400), a deuterium gas purifier (500) and a heavy water reactor (600); the heavy water production equipment disclosed by the invention has the advantages of low cost, low energy consumption, simple process and high purity of the produced heavy water.)

一种高纯度重水的生产设备及其提纯工艺

技术领域

本发明属于重水制备领域，具体公开了一种高纯度重水的生产设备及其提纯工艺。

背景技术

重水(Deuterium oxide)是由氘和氧组成的化合物，也称为氧化氘，分子式D2O，相对分子质量20.0275，比水（H2O）的相对分子质量18.0153高出约11%，因此叫做重水。由于氘与氢的性质差别极小，因此重水和普通水化学性质也很相似。在天然水中，重水的含量约占0.02%。现代工业生产重水方法有：氨、水精馏及水、液氢蒸馏法，单温、双温氨氢、氢一水、硫化氢一水交换法，间歇、半连续、连续电解法等。目前，电解法应用的比较多，但是目前的电解法生产重水是利用氕离子较易在电极上富集并被电解成氕气的原理，该方法是电解自然水以产出氕气和氧气，剩下为氘水。但是目前的电解法对设备要求高，设备复杂，耗能大，成本高。

发明内容

针对以上不足，本发明公开了一种高纯度重水的生产设备及其提纯工艺。

本发明的技术方案如下：

一种高纯度重水的生产设备，包括电解器、阳极板、阴极板、水通道、电解器进水口、电解器出水口、储水箱、水气分离机、废水出口、储气箱、氘气提纯机、重水反应器；所述电解器为垂直放置，所述电解器下端的电解器进水口连接所述储水箱；所述电解器上端的电解器出水口连接所述水气分离机；所述水气分离机将水和气分离，水通过所述废水出口排出，气通过连接所述储气箱进入所述储气箱储存；所述储气箱通过管道连通下游的所述氘气提纯机；所述氘气提纯机连接所述重水反应器；所述电解器中包括左右平行设置的阳极板和阴极板，所述阳极板和阴极板之间留有水通道；所述水通道下端连接所述电解器进水口；上端连接所述电解器出水口。

进一步的，上述一种高纯度重水的生产设备，所述阳极板和阴极板的宽度相同,所述水通道的宽度为阳极板的五分之一。

进一步的，上述一种高纯度重水的生产设备，所述阳极板宽度为10cm。

进一步的，上述一种高纯度重水的生产设备，所述阳极板和阴极板之间的电压为370V。

进一步的，上述一种高纯度重水的生产设备，所述阳极板为片状石墨材料；所述阴极板为纯钽。

进一步的，上述一种高纯度重水的生产设备，所述储水箱和所述电解器进水口之间还设置有吸附净化装置。

进一步的，上述一种高纯度重水的生产设备，所述吸附净化装置中填充有大孔树脂。

进一步的，上述上述一种高纯度重水的生产设备的提纯工艺，包括以下步骤：

I.进水：用水泵将储水箱中的水从电解器进水口由下往上注入水通道中；

II.电解：在水注入水通道的过程中，对阳极板和阴极板之间施加电压，进行电解，释放出氘气；

III.水气分离：在水气分离机中将水和气体分离，水通过废水出口流出，气体进入氘气提纯机中提纯；

IV：氘气提纯：在氘气提纯机根据重力原理分离氘气；

V：生产重水：提纯后的氘气进入重水反应器和纯氧反应生产高纯度重水。

根据以上技术方案可知，本发明至少有以下有益效果：本发明通过电解法，设置石墨阳极和纯钽阴极，使水发生电化学反应，在阳极能产生·OH自由基，在阴极能产生 H离子和D离子，H离子比D离子更易与·OH自由基重组成水，使得大量的D离子自行组合反应生成氘气并析出，通过收集和提纯氘气，最后使得提纯的氘气和纯氧气反应生成重水，设备简单，易控，能耗低，耗水量低，提取成本低。

附图说明

附图1为实施例1中所述的一种高纯度重水的生产设备的示意图；

附图2为实施例2中所述的一种高纯度重水的生产设备的示意图；

其中：电解器100、阳极板110、阴极板120、水通道130、电解器进水口140、电解器出水口150、储水箱200、吸附净化装置210、水气分离机300、废水出口310、储气箱400、氘气提纯机500、重水反应器600。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例1

如图1所示的一种高纯度重水的生产设备，包括电解器100、阳极板110、阴极板120、水通道130、电解器进水口140、电解器出水口150、储水箱200、水气分离机300、废水出口310、储气箱400、氘气提纯机500、重水反应器600；所述电解器100为垂直放置，所述电解器100下端的电解器进水口140连接所述储水箱200；所述电解器100上端的电解器出水口150连接所述水气分离机300；所述水气分离机300将水和气分离，水通过所述废水出口310排出，气通过连接所述储气箱400进入所述储气箱400储存；所述储气箱400通过管道连通下游的所述氘气提纯机500；所述氘气提纯机500连接所述重水反应器600；所述电解器100中包括左右平行设置的阳极板110和阴极板120，所述阳极板110和阴极板120之间留有水通道130；所述水通道130下端连接所述电解器进水口140；上端连接所述电解器出水口150。

上述高纯度重水的生产设备的提成工艺：

包括以下步骤：

I.进水：用水泵将储水箱200中的水从电解器进水口140由下往上注入水通道130中；

II.电解：在水注入水通道130的过程中，对阳极板110和阴极板120之间施加电压，进行电解，释放出氘气；

III.水气分离：在水气分离机300中将水和气体分离，水通过废水出口310流出，气体进入氘气提纯机500中提纯；

IV：氘气提纯：在氘气提纯机500根据重力原理分离氘气；

V：生产重水：提纯后的氘气进入重水反应器600和纯氧反应生产高纯度重水。

经过测定，上述工艺生产的重水的纯度达到97.9%。

实施例2

如图2所示的一种高纯度重水的生产设备，包括电解器100、阳极板110、阴极板120、水通道130、电解器进水口140、电解器出水口150、储水箱200、水气分离机300、废水出口310、储气箱400、氘气提纯机500、重水反应器600；所述电解器100为垂直放置，所述电解器100下端的电解器进水口140连接所述储水箱200；所述电解器100上端的电解器出水口150连接所述水气分离机300；所述水气分离机300将水和气分离，水通过所述废水出口310排出，气通过连接所述储气箱400进入所述储气箱400储存；所述储气箱400通过管道连通下游的所述氘气提纯机500；所述氘气提纯机500连接所述重水反应器600；所述电解器100中包括左右平行设置的阳极板110和阴极板120，所述阳极板110和阴极板120之间留有水通道130；所述水通道130下端连接所述电解器进水口140；上端连接所述电解器出水口150；优选的，所述阳极板110和阴极板120的宽度相同,所述水通道130的宽度为阳极板的五分之一；进一步的，所述阳极板110宽度为10cm；特别的，所述阳极板110和阴极板120之间的电压为370V；优选的，所述阳极板110为片状石墨材料；所述阴极板120为纯钽；特别的，所述储水箱200和所述电解器进水口140之间还设置有吸附净化装置210；进一步的，所述吸附净化装置210中填充有大孔树脂。

上述高纯度重水的生产设备的提成工艺：

包括以下步骤：

I.进水：用水泵将储水箱200中的水从电解器进水口140由下往上注入水通道130中；

II.电解：在水注入水通道130的过程中，对阳极板110和阴极板120之间施加电压，进行电解，释放出氘气；

III.水气分离：在水气分离机300中将水和气体分离，水通过废水出口310流出，气体进入氘气提纯机500中提纯；

IV：氘气提纯：在氘气提纯机500根据重力原理分离氘气；

V：生产重水：提纯后的氘气进入重水反应器600和纯氧反应生产高纯度重水。

经过测定，上述工艺生产的重水的纯度达到98.2%

以上仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此限定本发明的保护范围，即大凡依本发明权利要求书及发明内容所做的简单的等效变化与修改，皆仍属于本发明专利申请的保护范围。