[实用新型]水力真空式级联精馏生产低氘水和重氧水装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种化工产品的生产装置，尤其涉及一种用于生产低氘水和重氧水的精馏装置。

背景技术

氢有2种稳定同位素：H¹(氕)、H²(氘)；氧有3种稳定同位素：O¹⁶、O¹⁷、O¹⁸。它们可以组合成9种稳定同位素水分子。由氢的重同位素H²(或D)构成的水叫重水。由氧的重同位素O¹⁸构成的水叫重氧水。由重氢重氧构成的水叫双重水或双标记水。天然水中H²在150PPm左右，由H²(氘)含量低于150ppm的水叫低氘水。

从1934年美国科学家尤理利用光谱检测的方法发现了氘之后，人们对于氘开始了系统的研究，而对于氘的研究科学家们最初的方向是其作为氢弹和原子弹原料开始的。四十年代初美国先后建立水精馏和重水交换生产重水工厂，五十年代后重水生产被更低成本的硫化氢双温交换法所取代。我国起步比较晚，六十年代，我们开始建立液氢精馏和双温方法生产重水的试验装置，并在西北建立了第一个重水厂。经过四十多年的发展，我国重水生产技术已经达到世界中前位置。随着研究的不断深入，1974年，国外学者格瑞费斯从生物学角度提出一个重要理论，氘可以导致衰老，改变参与DNA反应的酶分子。DNA的不断复制，决定着生命的繁衍生息，如果DNA结构发生损伤、变异或者退化即会引起衰老和各种疾病，比如癌症、免疫系统破坏等等。因此低氘水的保健作用开始被大家广泛关注。1989年余兆钧利用重水厂的条件建立我国第一套重氧水精馏装置取得成功并获得国家科技进步三等奖，并同时产出100ppm的低氘水，为今天低氘水和重氧水精馏奠定了坚实的基础。

近年发展起来的PET(正电子发射断层显象)技术所用的显像剂就是由高浓度重氧水制成的。PET代表了当代最先进的核医学显像技术。PET能从分子水平提供病变信息，被称为“活体生化显像”，由于疾病的生态学改变早于形态学的改变，因此，它比CT等能更早期、准确、灵敏的诊断疾病。这对重氧水的发展和需求起到了促进作用。

水精馏生产重氧水，副产低氘水，且有四大特点：第一，分离级数多；第二，平衡时间长；第三，连续操作；第四，低浓端能耗高。

现有的水精馏生产低氘水和重氧水技术装置，后级塔向前级塔返料是以气相-液相-气相的相变方式连接实现的。后级塔顶出来的气相经过顶冷凝器完全液化以后从上往下自流入前级塔底，在前级塔底被再沸器加热为气相再输送至前级塔顶。这种气相-液相-气相的连接生产装置，存在如下若干缺点。

1、能耗增加：后级塔顶出来的气相需要完全冷凝为液相，需要消耗冷却介质的冷量。冷凝后的液相到前级塔再沸器中需要完全气化，消耗加热介质的热量。这种气相-液相-气相来回相变耗能较大，对生产的成本控制是一个难题。

2、设备费用增加：这种气相-液相-气相的方式主要增加了再沸器的负荷和冷凝器的负荷，需要多增加再沸器的1倍的换热面积和体积。

3、同位素平衡时间长：这种气相-液相-气相的过程中，液相从后级塔顶到前级塔底自流过程中，管道内积满液相，增加了系统物料滞留量，同位素平衡时间自然加长，开车费用也自然增加。

4、产出的双标水还需进行正常化操作：由于氢元素中氘丰度99.9％，还需要从精馏塔中取出，加入氢氧化钾配制成碱性电解液进行电解，这样导致氧十八丰度的稀释，也增加了操作风险。

发明内容

本实用新型的目的，在于提供一种生产低氘水和重氧水的节能级联精馏装置。克服现有技术存在的缺点。

本实用新型发明的装置包括：精馏塔单元、水力真空系统、电解系统。结构简单、操作方便、能耗低。利用水力真空系统的流体力学原理将多个精馏塔单元级联起来，在不改变气液相态的情况下进行精馏塔之间气液连接，更加贴近理想级联理论模型。同时省去气-液、液-气两次相变的过程，可以降低同位素水精馏47％的能耗。由于后级精馏塔的气相直接被水力真空吸入前级精馏塔底，由于气相和液相均为饱和状态，没有液化成液体输送，减少管道滞留量，缩短生产平衡期，节省系统开车平衡期的费用。