常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)境空氣中Kr-85放射性活度測量技術(shù)，具體涉及一種能夠在常溫下將環(huán)境空氣中Kr-85進(jìn)行濃集的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在環(huán)境中Kr取樣濃集主要是通過活性炭對Kr等惰性氣體的吸附作用在(-197°C液氮浴)低溫下吸附濃集空氣樣品中的Kr。首先是通過分子篩除去空氣中的H2O和CO2,然后通過活性炭在(-197°C液氮浴)低溫下吸附濃集空氣樣品，再升溫至_78°C分離一部分
02、N2，再加熱至250°C，然后又通過活性炭冷阱(-197°C液氮浴)，再升溫至0°C，分離一部分02、N2，再以氦氣作載氣，進(jìn)行多級濃集分離，得到高濃度的Kr。并且利用分子篩色譜柱分離Kr時仍需在_35°C下才可以實(shí)現(xiàn)。這樣使得對環(huán)境中Kr的濃集分離的操作和處理過程非常復(fù)雜，操作難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于針對低水平放射性活度空氣中Kr-85測量的技術(shù)要求以及現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種可在常溫下高效、方便、可靠的進(jìn)行空氣中Kr-85濃集的裝置。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，包括用于提供原料氣體的空壓機(jī)，所述空壓機(jī)通過過濾裝置連接氣體加熱器的進(jìn)氣端，氣體加熱器的出氣端與中空纖維膜系統(tǒng)的氣體入口相連接，氣體通過中空纖維膜系統(tǒng)，滲透氣體由滲透氣口排空，非滲透氣體由非滲透氣口排空，所述中空纖維膜系統(tǒng)的非滲透氣口連接轉(zhuǎn)子流量計，所述轉(zhuǎn)子流量計與氧氣分析器相連接。
[0005]進(jìn)一步，如上所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其中，在所述的空壓機(jī)與過濾裝置連接的管路上設(shè)有壓力表和泄壓閥。
[0006]進(jìn)一步，如上所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其中，所述的過濾裝置包括U級精密過濾器和H級精密過濾器。
[0007]進(jìn)一步，如上所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其中，所述的氣體加熱器與溫控儀相連接。
[0008]進(jìn)一步，如上所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其中，在中空纖維膜系統(tǒng)的非滲透氣口與轉(zhuǎn)子流量計連接的管路上設(shè)有壓力表。
[0009]進(jìn)一步，如上所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其中，所述的中空纖維膜系統(tǒng)的膜組件的流線型設(shè)計為內(nèi)壓式逆流流型:高壓氣體由氣體入口進(jìn)入，非滲透氣體走絲內(nèi)經(jīng)非滲透氣口排出，滲透氣體由絲壁滲透至絲外經(jīng)滲透氣口排出。
[0010]進(jìn)一步，如上所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其中，所述的中空纖維膜系統(tǒng)的非滲透氣口的出口流量為100mL/h。
[0011]本發(fā)明的有益效果如下:本發(fā)明利用中空纖維膜對原料氣體中快、慢氣體滲透性的不同，對快慢氣進(jìn)行分離，使得氪氣得到濃集富集，再通過氧氣分析器的分析數(shù)據(jù)，得出最佳的操作條件，可將空氣中的氪氣的濃集倍數(shù)大于2倍。本發(fā)明的整個取樣預(yù)濃集、濃集階段都是在常溫下進(jìn)行的，而在解吸的過程中也采取了更為有效的程序升溫方法，不需液氮、干冰等低溫材料來控溫，易于操作，更適用于環(huán)境中Kr-85的取樣和測量。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖中，1.空壓機(jī)2.壓力表3.U級精密過濾器4.H級精密過濾器5.氣體加熱器6.溫控儀7.中空纖維膜系統(tǒng)8.泄壓閥9.壓力表10.轉(zhuǎn)子流量計11.氧氣分析器
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例所提供的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置包括用于提供滿足系統(tǒng)原料氣體需求的空壓機(jī)1、用于檢測系統(tǒng)總壓力的壓力表2、用于調(diào)節(jié)系統(tǒng)總壓力的泄壓閥8;還包括用于除去壓縮空氣中油分、水分及大顆粒的U級精密過濾器3、H級精密過濾器4，U級精密過濾器3與H級精密過濾器4依次連接，H級精密過濾器4的出口與氣體加熱器5連接,氣體加熱器5設(shè)有相關(guān)配套的溫控儀6 ;氣體加熱器5的出氣端與用于分離富集氣體的中空纖維膜系統(tǒng)7連接，中空纖維膜系統(tǒng)7連接用于對分離富集氣體的最佳工作條件進(jìn)行分析的壓力表9、轉(zhuǎn)子流量計10及氧氣分析器11。通過中空纖維膜系統(tǒng)的氣體，快氣(N2+02+C02+H20)由滲透氣口排空，慢氣(N2+Kr，以及少量O2)由非滲透氣口排空，通過調(diào)節(jié)非滲透出氣口連接的轉(zhuǎn)子流量計10，來調(diào)節(jié)出氣口的流量及通往氧氣分析器11的氣體壓力及流量，控制非滲透氣體中氮?dú)獾臐舛?，分析不同濃度下，非滲透氣體中Kr含量，計算非滲透氣體中Kr的富集倍數(shù)及回收率，選出最佳的操作條件。
[0016]在本發(fā)明實(shí)施例中，選擇了 AFE (AIR FILER ENGINEERING)公司的U級和H級精密過濾器進(jìn)行除去壓縮空氣中油分、水分及大顆粒。
[0017]在本發(fā)明實(shí)施例中，在原料氣體通過精密過濾器除雜后，再進(jìn)入中空纖維膜之前，要經(jīng)過氣體加熱器加熱，該加熱器為天邦膜國家工程技術(shù)中心研制。
[0018]在本發(fā)明實(shí)施例中，中空纖維膜系統(tǒng)是由中國輻射防護(hù)研究院研制，其中聚酰亞胺膜材料采購于大連天邦膜國家工程技術(shù)中心有限公司。中空纖維膜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為公知技術(shù)，包括一個不銹鋼殼體，殼體內(nèi)部平行排列若干根(如25根)呈細(xì)絲狀的聚酰亞胺膜，殼體的兩端封口，一端為氣體入口，另一端分別設(shè)置滲透氣口和非滲透氣口。該系統(tǒng)流線型設(shè)計為內(nèi)壓式錯流流型:高壓氣體由氣體入口進(jìn)入，非滲透氣體走絲內(nèi)經(jīng)非滲透氣口排出，滲透氣體由絲壁滲透至絲外經(jīng)滲透氣口排出。
[0019]在進(jìn)行操作時，打開電源，儀器進(jìn)入自檢狀態(tài)，當(dāng)氧氣分析器顯示21%時，表示自檢結(jié)束。啟動空壓機(jī)，并打開儲氣罐地步的排水管閥。待空壓機(jī)總壓力為7bar時，調(diào)節(jié)泄壓閥至6bar，打開加熱器電源，至氣體加熱至40 V。待溫度穩(wěn)定后，在膜出口調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子流量計，調(diào)整通往氧氣分析器的氣體壓力和流量，一般為0.1MPa, 100-300mL/h。然后待氧氣分析器顯示穩(wěn)定后，通過分析氧氣的成分，從而進(jìn)一步確定并記錄非滲透氣體中氮?dú)鉂舛龋占摋l件下的氣體樣品。測試完畢，放空，關(guān)閉電源。
[0020]經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，選定的最優(yōu)條件為:當(dāng)中空纖維膜的出口流量為100mL/h時，回收率約為5%，濃集倍數(shù)大于2倍，此時氮?dú)饪蓾饧?9.95%。當(dāng)回收率達(dá)到50%時，由于膜對氪氣與其他空氣組成的分離系數(shù)較小，對整個系統(tǒng)后端的處理不太理想。因此操作的最佳條件為濃集倍數(shù)大的試驗(yàn)條件。而回收率的降低可以通過增大采樣體積來彌補(bǔ)對氪氣的收集總量，以達(dá)到最終不會影響取樣測定系統(tǒng)的整體技術(shù)指標(biāo)，使得本裝置的常溫Kr-85濃集系統(tǒng)的性能指標(biāo)不低于低溫濃集系統(tǒng)。
[0021]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其同等技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其特征在于:包括用于提供原料氣體的空壓機(jī)(I)，所述空壓機(jī)(I)通過過濾裝置連接氣體加熱器(5 )的進(jìn)氣端，氣體加熱器(5 )的出氣端與中空纖維膜系統(tǒng)(7)的氣體入口相連接，氣體通過中空纖維膜系統(tǒng)(7)，滲透氣體由滲透氣口排空，非滲透氣體由非滲透氣口排空，所述中空纖維膜系統(tǒng)(7)的非滲透氣口連接轉(zhuǎn)子流量計(10)，所述轉(zhuǎn)子流量計(10)與氧氣分析器(11)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其特征在于:在所述的空壓機(jī)(I)與過濾裝置連接的管路上設(shè)有壓力表(2 )和泄壓閥(8 )。
3.如權(quán)利要求1或2所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其特征在于:所述的過濾裝置包括U級精密過濾器(3 )和H級精密過濾器(4 )。
4.如權(quán)利要求1所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其特征在于:所述的氣體加熱器(5)與溫控儀(6)相連接。
5.如權(quán)利要求1所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其特征在于:在中空纖維膜系統(tǒng)(7)的非滲透氣口與轉(zhuǎn)子流量計(10)連接的管路上設(shè)有壓力表(9)。
6.如權(quán)利要求1所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其特征在于:所述的中空纖維膜系統(tǒng)(7)的膜組件的流線型設(shè)計為內(nèi)壓式逆流流型:高壓氣體由氣體入口進(jìn)入，非滲透氣體走絲內(nèi)經(jīng)非滲透氣口排出，滲透氣體由絲壁滲透至絲外經(jīng)滲透氣口排出。
7.如權(quán)利要求1或6所述的常溫下環(huán)境空氣Kr-85濃集裝置，其特征在于:所述的中空纖維膜系統(tǒng)(7)的非滲透氣口的出口流量為100mL/h。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種能夠在常溫下將環(huán)境空氣中Kr-85進(jìn)行濃集的裝置。其結(jié)構(gòu)包括用于提供原料氣體的空壓機(jī)，所述空壓機(jī)通過過濾裝置連接氣體加熱器的進(jìn)氣端，氣體加熱器的出氣端與中空纖維膜系統(tǒng)的氣體入口相連接，氣體通過中空纖維膜系統(tǒng)，滲透氣體由滲透氣口排空，非滲透氣體由非滲透氣口排空，所述中空纖維膜系統(tǒng)的非滲透氣口連接轉(zhuǎn)子流量計，所述轉(zhuǎn)子流量計與氧氣分析器相連接。本發(fā)明的整個取樣預(yù)濃集、濃集階段都是在常溫下進(jìn)行的，而在解吸的過程中也采取了更為有效的程序升溫方法，不需液氮、干冰等低溫材料來控溫，易于操作，更適用于環(huán)境中Kr-85的取樣和測量。
【IPC分類】C01B23-00, B01D53-22, B01D63-02
【公開號】CN104743532
【申請?zhí)枴緾N201310749448
【發(fā)明人】張艾明, 馬雄楠, 陸小軍, 王曉東, 李達(dá), 鄧安嫦
【申請人】中國輻射防護(hù)研究院
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月31日