重水(D?O)作為一種重要的同位素材料,在核工業、科研實驗、醫療等領域有著不可替代的作用。其提純過程對設備的精度、穩定性和分離效率要求極高,魯齊天研發的重水提純裝置憑借先進技術與定制化設計,成為高純度重水制備的核心裝備。
一、工作原理:基于同位素特性的精準分離
重水提純的核心原理是利用氫(H)與氘(D)的同位素質量差異,通過物理或化學方法實現分離富集。魯齊天的重水提純裝置主要采用兩種核心技術路徑:
-
精餾法:在高真空環境下,利用 H?O 與 D?O 的沸點差異(約 1.4℃),通過多級精餾塔實現分離。原料水在塔內受熱蒸發,輕水分子(H?O)因沸點較低優先汽化并向上流動,經冷凝后作為輕組分排出;重水分子(D?O)則在塔釜富集,通過精準控制塔內溫度梯度(溫差可控制在 ±0.1℃),實現氘的逐步提純。
-
化學交換法:對于低豐度原料水,采用 “水 - 硫化氫(H?O-H?S)雙溫交換” 工藝。在高溫塔(約 130℃)中,氘從水中轉移到硫化氫中;在低溫塔(約 30℃)中,氘從硫化氫轉移回水中,通過溫度差形成的同位素分餾效應,實現氘的預濃縮,再結合精餾法進一步提升純度。
此外,針對高豐度原料的深度提純,魯齊天創新性地引入膜分離技術,利用納米孔陶瓷膜對 H?O 與 D?O 的篩分差異,截留重水分子,使最終產品純度可達 99.99% 以上。
二、核心技術與設備優勢
-
高效分離系統:精餾塔采用特種合金波紋填料,比表面積達 500㎡/m3 以上,氣液傳質效率比傳統填料提升 40%,理論塔板數可根據需求定制至 200-500 級,確保低豐度原料也能高效提純。化學交換系統配備高效催化劑,加速氘交換反應,預濃縮階段的氘豐度提升速率比常規工藝快 30%。
-
精準控制系統:搭載激光拉曼光譜在線監測模塊,實時分析原料及產品中的氘豐度,數據采樣頻率達 1 次 / 秒,檢測精度 ±0.001%。結合 PLC 智能控制系統,自動調節加熱功率、進料流量、真空度等參數,當豐度偏離設定值時,調節響應時間<2 秒,確保產品純度穩定。
-
耐腐抗輻射設計:核心部件選用鎳基合金、蒙乃爾合金等耐輻射材料,可承受長期輻射環境(劑量率≤10? Gy/h)而不發生材質劣化。密封系統采用氟橡膠與金屬波紋管復合結構,在 - 50℃~200℃范圍內實現零泄漏,泄漏率<1×10?1? Pa?m3/s,避免重水流失與環境污染。
-
安全防護體系:核級裝置配備三重安全防護:鉛鋼復合屏蔽層(防護系數 10?)、惰性氣體保護系統(氧含量<0.5%)、與核安全平臺聯動的應急停機系統,確保操作環境安全。醫療及科研用裝置則通過材質鈍化處理與無菌認證,滿足生物安全性要求。
三、適用場景與定制方向
-
核工業領域:為核電站、核燃料加工廠提供噸級產能裝置,用于重水反應堆的慢化劑與冷卻劑制備,要求產品純度≥99.95%,可定制連續運行 180 天以上的大型系統,適配核工業嚴苛的安全標準。
-
科研實驗領域:研發小型化裝置(產能 5-50L / 天),滿足實驗室對超高純度重水(99.99%)的需求,可集成與質譜儀、核磁共振設備的聯動接口,用于同位素標記、核聚變研究等場景。
-
醫療同位素領域:定制低放射性重水提純裝置,去除原料中的氚(3H)等放射性雜質,使產品放射性活度<1Bq/L,用于放射性藥物研發、心肌顯像劑制備等醫療場景。