[實(shí)用新型]水力真空式級(jí)聯(lián)精餾生產(chǎn)低氘水和重氧水裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720651502.X
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN207079020U
• 公開（公告）日: 2018-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陸松;余兆鈞;戴意
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陸松
• 主分類號(hào): C02F1/04
• 分類號(hào): C02F1/04;C02F1/461;C01B5/00
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)裝置，尤其涉及一種用于生產(chǎn)低氘水和重氧水的精餾裝置。

背景技術(shù)

氫有2種穩(wěn)定同位素：H¹(氕)、H²(氘)；氧有3種穩(wěn)定同位素：O¹⁶、O¹⁷、O¹⁸。它們可以組合成9種穩(wěn)定同位素水分子。由氫的重同位素H²(或D)構(gòu)成的水叫重水。由氧的重同位素O¹⁸構(gòu)成的水叫重氧水。由重氫重氧構(gòu)成的水叫雙重水或雙標(biāo)記水。天然水中H²在150PPm左右，由H²(氘)含量低于150ppm的水叫低氘水。

從1934年美國科學(xué)家尤理利用光譜檢測的方法發(fā)現(xiàn)了氘之后，人們對(duì)于氘開始了系統(tǒng)的研究，而對(duì)于氘的研究科學(xué)家們最初的方向是其作為氫彈和原子彈原料開始的。四十年代初美國先后建立水精餾和重水交換生產(chǎn)重水工廠，五十年代后重水生產(chǎn)被更低成本的硫化氫雙溫交換法所取代。我國起步比較晚，六十年代，我們開始建立液氫精餾和雙溫方法生產(chǎn)重水的試驗(yàn)裝置，并在西北建立了第一個(gè)重水廠。經(jīng)過四十多年的發(fā)展，我國重水生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到世界中前位置。隨著研究的不斷深入，1974年，國外學(xué)者格瑞費(fèi)斯從生物學(xué)角度提出一個(gè)重要理論，氘可以導(dǎo)致衰老，改變參與DNA反應(yīng)的酶分子。DNA的不斷復(fù)制，決定著生命的繁衍生息，如果DNA結(jié)構(gòu)發(fā)生損傷、變異或者退化即會(huì)引起衰老和各種疾病，比如癌癥、免疫系統(tǒng)破壞等等。因此低氘水的保健作用開始被大家廣泛關(guān)注。1989年余兆鈞利用重水廠的條件建立我國第一套重氧水精餾裝置取得成功并獲得國家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，并同時(shí)產(chǎn)出100ppm的低氘水，為今天低氘水和重氧水精餾奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

近年發(fā)展起來的PET(正電子發(fā)射斷層顯象)技術(shù)所用的顯像劑就是由高濃度重氧水制成的。PET代表了當(dāng)代最先進(jìn)的核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)。PET能從分子水平提供病變信息，被稱為“活體生化顯像”，由于疾病的生態(tài)學(xué)改變?cè)缬谛螒B(tài)學(xué)的改變，因此，它比CT等能更早期、準(zhǔn)確、靈敏的診斷疾病。這對(duì)重氧水的發(fā)展和需求起到了促進(jìn)作用。

水精餾生產(chǎn)重氧水，副產(chǎn)低氘水，且有四大特點(diǎn)：第一，分離級(jí)數(shù)多；第二，平衡時(shí)間長；第三，連續(xù)操作；第四，低濃端能耗高。

現(xiàn)有的水精餾生產(chǎn)低氘水和重氧水技術(shù)裝置，后級(jí)塔向前級(jí)塔返料是以氣相-液相-氣相的相變方式連接實(shí)現(xiàn)的。后級(jí)塔頂出來的氣相經(jīng)過頂冷凝器完全液化以后從上往下自流入前級(jí)塔底，在前級(jí)塔底被再沸器加熱為氣相再輸送至前級(jí)塔頂。這種氣相-液相-氣相的連接生產(chǎn)裝置，存在如下若干缺點(diǎn)。

1、能耗增加：后級(jí)塔頂出來的氣相需要完全冷凝為液相，需要消耗冷卻介質(zhì)的冷量。冷凝后的液相到前級(jí)塔再沸器中需要完全氣化，消耗加熱介質(zhì)的熱量。這種氣相-液相-氣相來回相變耗能較大，對(duì)生產(chǎn)的成本控制是一個(gè)難題。

2、設(shè)備費(fèi)用增加：這種氣相-液相-氣相的方式主要增加了再沸器的負(fù)荷和冷凝器的負(fù)荷，需要多增加再沸器的1倍的換熱面積和體積。

3、同位素平衡時(shí)間長：這種氣相-液相-氣相的過程中，液相從后級(jí)塔頂?shù)角凹?jí)塔底自流過程中，管道內(nèi)積滿液相，增加了系統(tǒng)物料滯留量，同位素平衡時(shí)間自然加長，開車費(fèi)用也自然增加。

4、產(chǎn)出的雙標(biāo)水還需進(jìn)行正常化操作：由于氫元素中氘豐度99.9％，還需要從精餾塔中取出，加入氫氧化鉀配制成堿性電解液進(jìn)行電解，這樣導(dǎo)致氧十八豐度的稀釋，也增加了操作風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的，在于提供一種生產(chǎn)低氘水和重氧水的節(jié)能級(jí)聯(lián)精餾裝置。克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)。

本實(shí)用新型發(fā)明的裝置包括：精餾塔單元、水力真空系統(tǒng)、電解系統(tǒng)。結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、能耗低。利用水力真空系統(tǒng)的流體力學(xué)原理將多個(gè)精餾塔單元級(jí)聯(lián)起來，在不改變氣液相態(tài)的情況下進(jìn)行精餾塔之間氣液連接，更加貼近理想級(jí)聯(lián)理論模型。同時(shí)省去氣-液、液-氣兩次相變的過程，可以降低同位素水精餾47％的能耗。由于后級(jí)精餾塔的氣相直接被水力真空吸入前級(jí)精餾塔底，由于氣相和液相均為飽和狀態(tài)，沒有液化成液體輸送，減少管道滯留量，縮短生產(chǎn)平衡期，節(jié)省系統(tǒng)開車平衡期的費(fèi)用。