氢同位素催化交换过程影响因素研究-中国水稻科学.PDFVIP

第 36 卷 第 9 期 核 技 术 Vol. 36, No.9 2013 年 9 月 NUCLEAR TECHNIQUES September 2013 氢同位素催化交换过程影响因素研究 古 梅 刘 俊 罗阳明 （中国工程物理研究院核物理与化学研究所 绵阳 621900 ） 摘要 氢-水催化交换反应是研究氢同位素分离的重要手段，对反应过程中各影响因素的研究是氢同位素分离 工作中的重要内容。在自行设计的不锈钢催化交换柱中，装填一定体积比的疏水催化剂与亲水填料，进行 H-D 体系气液催化交换实验。观察反应温度、气液摩尔比、不同原料水氘浓度对传质系数的影响，讨论了气体流 速对床层压力降的影响情况。结果表明，不同气液比下，反应温度为 45°C 时传质系数最高。传质系数随原料 水氘浓度(5.05−20.1)×10−3 增加而降低，传质系数在 0.58−1.17 和 2.65−3.56 随着气液摩尔比而增加，催化交换 柱床层压力降随气体流速而增加。研究发现，反应温度、气液摩尔比和氘浓度等因素均会影响氘的传质系数。 关键词 催化交换，疏水催化剂，传质系数，床层压力降 中图分类号 TL92 DOI: 10.11889/j.0253-3219.2013.hjs.36.090202 氢-水液相催化交换是分离氢同位素的重要方 在 1 600 mm×530 mm 的不锈钢催化交换柱内，亲水 法之一，该工艺在重水生产和重水升级、轻水或重 填料和疏水催化剂按一定体积比混装，催化床层有 水脱氚，以及热核聚变堆净化回收氚等方面有广阔 效高度为 1.6 m，实验流程示于图 1。 的应用前景。加拿大、日本、印度、俄罗斯等[1−3] 已建立了液相催化交换和联合电解催化交换中试装 置进行含氚重水或轻水脱氚实验研究。国内对氢- 水液相催化交换工艺的研究逐渐深入，刘俊[4]对催 化交换床压力降及液泛进行了研究，比较了不同填 料的液泛及床层压力降的变化；祁世纶[5]研究了并 流反应床中液相水氢同位素交换反应；阮皓[6]研究 了水-氢催化交换反应过程中反应温度、氢气流量、 低浓重水流量等工艺条件对催化交换塔传质单元高 度的影响和反应温度、气液比对催化交换塔阻力降 的影响；罗阳明等[7]完成了氘从气相到液相的催化 交换实验，得到温度、气体流量、液体流量对氘转 化率的影响情况。然而，作为未来工程应用，关于 氘浓度变化对催化交换影响的报道较少，需要进一 步研究。本文在自行设计的催化交换不锈钢实验装 置上，重点观察了不同氘浓度对气-液催化交换过程 传质系数的影响，同时对较高氘浓度下反应温度、 气液摩尔比、进料浓度对传质系数的影响进行分析， 并研究了气体流量对催化交换床层压力降的影响。 1 实验方法 图1 催化交换流程示意图 1.1 实验装置 Fig.1 Scheme of experimental flow sheet of catalytic exchange. 实验装置由催化交换柱、冷凝器、气体质量流 量计、计量泵、恒温循环器、以及控制部分组成。 —————————————— 第一作者：古梅，女，1980 年出生，2003 年毕业于南京理工大学，助理研究员，从事放化分析与材料研究 收稿日期：2013-03-04 ，修回日期：2013-05-20 090202-1 核 技 术 2013, 36(9): 090202 1.2 原料