[实用新型]一种高纯氧十六的精馏装置

说明书

本实用新型公开了一种高纯氧十六的精馏装置，包括竖直放置的一级或多级串联的精馏塔，所述精馏塔由塔顶冷凝器、塔底再沸器和精馏柱组成，各级精馏塔之间分别通过上升管道和回流管线连接；所述精馏塔的级数为1‑21，1‑20级中任一级的所述精馏塔上设有进料口。本实用新型的一种高纯氧十六的精馏装置可以分离得到浓度范围为99.9％‑99.999％的高纯氧十六产品，结构简单，分离效率高，可适用于不同工质，运行稳定可靠，可用于工业生产。

技术领域

本实用新型涉及同位素分离技术领域，尤其涉及一种高纯氧十六的精馏装置。

背景技术

自然界中，氧有¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O三种稳定同位素，其天然丰度分别为99.759％、0.037％和0.204％，其中氧十八同位素主要用于正电子断层扫描技术(PET/CT)，氧十七同位素主要用于核磁成像技术(MRI)，氧十六同位素可用于生产放射性同位素氮十三等科研用途。

人们为了得到高浓度的氧十八同位素，分别开发出了水精馏技术、CO低温精馏技术、NO低温精馏技术、O₂低温精馏技术。这些技术分别利用H₂¹⁶O/H₂¹⁸O、C¹⁶O/C¹⁸O、N¹⁶O/N¹⁸O和¹⁶O¹⁶O/¹⁶O¹⁸O等分离工质对相对挥发度的不同进行分离。由于这些体系的分离系数都极小，需要上千个理论级进行分离，故需要设计若干个塔进行级联操作才能得到98％的高浓度氧十八同位素产品。

氧十七同位素是第二种被分离出的氧同位素产品，目前只有水精馏技术实现了对氧十七同位素的分离。由于H₂¹⁷O的饱和蒸汽压曲线介于H₂¹⁶O和H₂¹⁸O之间，且H₂¹⁶O和H₂¹⁷O的分离系数比H₂¹⁶O和H₂¹⁸O的分离系数还要小，¹⁷O的天然丰度又只有0.037％，导致氧十七同位素的分离难度比氧十八同位素的分离难度还要大。

高纯的氧十六同位素(99.9％～99.999％)对于推动科学研究意义重大，但是目前高纯氧十六同位素的分离方法还没有研究记载。

精馏法分离氧同位素主要依靠不同氧同位素标记的分子在相同温度下相对挥发度的不同进行分离，该相对挥发度以分离系数α作为表征。以水分子为例，在40℃-90℃条件下达到气液相平衡状态时，气相中H₂¹⁶O的含量比液相中H₂¹⁶O的含量高，而气相中H₂¹⁸O的含量比液相中H₂¹⁸O的含量低，也就是说比较“重”的H₂¹⁸O在液相中富集，而比较“轻”的H₂¹⁶O在气相中富集。而单级的分离效果极小，需要几百至几千个理论级串联起来才能从99.759％天然氧十六丰度的原料中富集得到99.9％～99.999％的高纯氧十六产品。而单个精馏塔难以提供如此多的理论级数，在实际工作中经常需要两个甚至几个塔串联操作。

对于精馏过程，如果整套设备为连续进出料，且各处浓度不随时间变化，则称此设备为稳态操作、连续生产；如果整套设备一次进料后，只从塔底取料或只从塔顶取料，各处浓度随时间不断变化，则称此设备为间歇精馏。连续生产的好处是工况稳定，产品质量稳定，易实现自动化，劳动强度低；间歇生产的好处是设备成本低，生产计划灵活。

实用新型内容