带侧线反馈的D2%2fDT%2fT2低温精馏分离特性的研究.pdfVIP

带侧线反馈的D /DT/T 低温精馏分离特性研究 2 2 夏修龙 熊亮萍 任兴碧 付中华 罗阳明 刘俊 古梅 （中国工程物理研究院，四川绵阳919-214 信箱， 621900 ） 摘要:为研究带侧线反馈D /DT/T 体系的低温精馏分离特性，建立了氢同位素低温精馏分离动态模拟方法， 2 2 以 MATLAB 平台开发了计算程序。获得了各组分浓度随时间的动态变化以及温度、气液流量在精馏柱上 的空间分布，研究了回流比、产品采出策略等因素对分离性能的影响。回流比的提高对于改善系统脱氚率 具有重要作用。底端产品氚浓度与脱氚率之间存在着冲突，在操作运行中必须予以注意。 关键词: 氢同位素分离， 低温精馏， 氚 中图分类号： O643.14 文献标识码： A 低温精馏作为先进的氢同位素分离工艺，具有处理量大、分离因子高的独特优势，可 以应用于聚变堆氘氚燃料循环、CANDU 堆重水除氚、重水生产等诸多领域，国外已对其 进行了深入的研究，并有大量的工程应用实例，如加拿大的DTRF ，美国的TSTA，欧洲的 JET [1-3] 。由于氢的沸点很低，氢的六种分子 （H ，HD ， D ，HT ，DT ，T ）沸点相差 2 2 2 也很小，氢本身也有易燃易爆的特点，精馏分离涉及到精密控制、制冷及真空、安全防护、 气体净化等诸多工程技术，国内该方面工作开展较晚。近年来，中国工程物理研究院在理 [4-9] 论和实验方面对H /HD/D 体系进行了研究，取得了初步进展 。 2 2 氘氚作为聚变燃料在氚工艺中占有重要地位，因此，在氢同位素分离中 D /DT/T 是一 2 2 个非常重要的体系。由于该体系分离因子小，所需要的理论板数多，需要在侧线加入歧化 反应器增强分离效果。同时，回流比、产品采出策略等因素也会对系统分离性能产生重要 影响。本文通过建立理论模型，利用 MATLAB 平台编制了计算程序，对该体系分离规律 进行了系统性的研究，为系统工程设计和操作运行提供理论指导。 1 计算模型 如图 1所示，低温精馏氢同位素分离系统由顶端的冷凝器、底端的再沸器、精馏柱和 歧化裂解器组成。混合的组分在柱上某一位置进入后，由于不同组分的饱和蒸汽压不同， 从而造成在气、液两相中的分配不同，达到分离的目的。歧化裂解器内装有 Pt或 Pd催化 剂，常温下可以将DT裂解，返回精馏柱后进一步分离，达到很高的同位素纯度。 基金项目：中国工程物理研究院科技发展基金 （2007B02005 ） 第一作者： 夏修龙，男，1975 年出生，2002 年于四川大学获物理化学硕士学位，从事氚工艺研究。 收稿日期： 2008-12-30 ；修订日期： D +T =2DT 2 2 上述反应在300K 时的平衡常数为3.82 。 condenser column reactor reboiler 图1 精馏系统示意图 Fig.1 Scheme of distillation system 可以用塔板理论对精馏过程进行描述，对于精馏柱上的任意一块塔板j，其液相中某一 组分浓度x 随时间的变