专利名称：同位素分离用的液相级联精馏装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于分离精馏设备技术领域，具体涉及一种同位素分离用的 液相级联精馏装置。
背景技术：
同位素分离例如将天然水通过精馏分离得到的双标水，因为自然界中氢 有两种稳定同位素，艮P: ^ (氕)和2H (氘)；氧有三种稳定同位素160
(氧十六)、17o (氧十七)和18o (氧十八)。由二氢一氧构成的水就有九种
稳定同位素分子，它们以不同比例存在于天然水中。由于同位素分子差别极 小，分离非常困难，用精馏分离方式分离时往往需要很多的理论板数方能将 同位素产品纯化精制。目前，关于精馏塔内的填料的权威报道是理论板数 以不超过12块/m。然而，对于从天然水中分离氧十八水的工艺而言，至少需 要2500块左右的理论板才能将氧同位素浓縮到原子百分比98%以上，因此若 按照12块/m的理论板数计算，从天然水中分离氧十八水所需的精馏塔的高 度至少需200m，而要建造高度200m的精馏塔在现实中是不可能的。鉴此业 界采用的方式是将多个精馏装置即精馏塔实施液相级联。而所谓的级联，就 是将后一级精馏装置的顶部的料液返回到前一级下部，同时将前一级精馏装 置的下部的料液输送至后一级精馏装置的顶部。
图1给出了已有技术中的同位素分离用的液相级联精馏装置，包括一组 数量并不受到图示限制的精馏塔l，工作原理是前一个即图示的左边一个精 馏塔1内的液体下落到塔底再沸器11,经塔底再沸器11加热汽化后的部分蒸 汽经第一管路12进入到第一塔顶冷凝器13冷凝，冷凝后的液体经液相管131 进入IC液罐14，进入储液罐14内一部分(大部分)液体由联结在贮液罐14 底部的回流管141引入后一级即图示的右边一个精馏塔1的塔顶中，该右边 的一个精馏塔l内的液体同样经塔底再沸器ll加热汽化后形成气体，该气体 经精馏塔1顶部的气相管15进入第二塔顶冷凝器16冷凝，冷凝后的液体由返流管17引入前一级即前面所提及的左边的一个精馏塔1的底部的塔底再沸 器ll，由塔底再沸器11加热成气体并上升至塔顶，进而由气相管15引入相 应的第二塔顶冷凝器16 (图中未示出)。在上述过程中，进入到储液罐14内 的另一部分(小部分)液体则由联结在储液罐14侧部的溢流管142直接引入 返流管17。
由上述说明可知，对于塔底再沸器ll而言，既要加热由精馏塔l下落的 液体，又要加热由返流管17返回的即来自于后一级的精馏塔1的液体，因此 加热蒸汽所需的流量大，从而导致塔底再沸器ll所耗用的加热能源大，这对 于目前所崇尚的节能精神或节约型经济的理念相悖。造成这种现象的原因在 于前一级的精馏塔l中的液体(包括精馏塔l自身向下流落的液体和通过返 流管17返回的后一级的精馏塔1的液体)靠塔底再沸器11加热后，以气相 蒸发的形式由第一管路12引入到后一级的精馏塔1的塔顶。
此外，上述装置还存在有以下缺点，那就是由返流管17返回到前一级的 精馏塔1中的液体会与前一级的精馏塔1中向下流落的液体产生返混，即两 相在精馏塔1的塔釜中混合，从而使后一级的精馏塔1的塔顶的料液浓度降 低，影响分离效率。因为，前一级的精馏塔1的返回液的浓度是与后一级的 精馏塔1的塔顶的气相浓度是相同的，而流入后一级的精馏塔1的被前一级 精馏塔1的第一塔顶冷凝器13冷凝的液体实际类似于相平衡的液相浓度，因 此这两者的浓度是不一样的，在一般的即常规的化工产品的精馏过程中因无 损大碍而往往会被忽视，但同位素精馏分离则不然，因为精馏塔1的塔顶液 体浓度的变化会直接影响精馏塔的分离效率。 发明内容
本实用新型的任务在于提供一种既能有效地节约塔底再沸器11的加热用 能源又能防止前、后级的精馏塔之间的液体出现返混而影响精馏塔分离效率 的同位素分离用的液相级联精馏装置。
本实用新型的任务是这样来完成的， 一种同位素分离用的液相级联精馏 装置，它包括一组彼此由管路联结的精馏塔，每个精馏塔包括塔底再沸器、第一管路、第一、第二塔顶冷凝器、储液罐、气相管和返流管，特点是在 所述的第一管路上设有一用于将前一级的精馏塔中的液体引入到后一级的精 馏塔的塔顶中去的液体循环机构；在所述的精馏塔的下部并且在对应于所述 的塔底再沸器的上部设置有一用于将后一级的精馏塔中的并且由所述返流管 所引入的液体与前一级的精馏塔中所下落的液体实施分隔的截液机构。
在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的液体循环机构包括输送泵、 回流管、第一、第二、第三阀、压力表和视镜，输送泵串联在第一管路上， 并且由该输送泵将所述第一管路区隔成进液管段和出液管段，回流管的两端 分别跨接在进、出液管段上，第一阀设在进液管段上，第二阀设在回流管上， 而第三阀、压力表和视镜均设在所述的出液管段上，其中，视镜位于第三阀 的上部，而压力表位于第三阀的下部。
在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的输送泵为磁力输送泵。 在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的截液机构包括末级塔节、 截液堰、后一级塔管路接口、 一组支架和一组截液板以及一组固定杆，末级 塔节的上部与精馏塔的下部固定，而末级塔节的下部与所述的塔底再沸器的 上部固定，截液堰设置在末级塔节的容腔中，将末级塔节的容腔分隔成气相 腔和液相腔，并且在所述的截液堰的上部构成有一集液槽，所述的液相腔与 延设在末级塔节侧部的出液管相通，出液管与所述的液体循环机构联结，后 一级塔管路接口的一端伸展到所述的气相腔中，另一端伸展到所述的末级塔 节外与后一级的精馏塔的返流管联结， 一组支架以间隔状态地联结在一组固 定杆上并且还与所述的末级塔节的内壁固定，在一组支架上各间隔开设有位 置彼此对应的截液板嵌槽， 一组截液板彼此相配合并且插嵌在所述的截液板 嵌槽内，各枚截液板之间形成有用于供蒸汽流通的蒸汽通道，蒸汽通道与精 馏塔的内腔相通。
在本实用新型的又一个具体的实施例中，所述的截液板的长度方向的底 部构成有导液槽。
在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述的导液槽的横截面形状为u形。
在本实用新型的更而一个具体的实施例中，所述的截液板是倾斜状态地 插嵌在所述的支架上的截液板嵌槽上的，倾斜的方向朝向所述的液相腔。
在本实用新型的进而一个具体的实施例中，所述的倾斜的倾斜角度为10 20° 。 在本实用新型的又更而一个具体的实施例中，所述的倾斜的倾斜角度为 15° 。
在本实用新型的进而一个具体的实施例中，所述的末级塔节的内壁的上 部对应两侧各延设接有至少一对第一固定耳，而所述的一组支架中的位置处 于固定杆的对应两端的支架上同样地各延设有数量与第一固定耳相等的第二 固定耳，第一、第二固定耳彼此固定。
本实用新型所提供的技术方案的优点由于在第一管路的通道上增设了 液体循环机构，因此变已有技术中气相输送至第一塔顶冷凝器为液相输送至 第一塔顶冷凝器，从而避免了由塔底再沸器再沸的过程，因此有利于节约能 源；由于在精馏塔的下方并且居于塔底再沸器的上部设置了截液机构，从而 能将前一级精馏塔下落的液体与后一级精馏塔中的由返流管所返回的液体分 开，避免了两种液体的相互混合即返混，有利于保障分离效率。
图1为已有技术中的同位素分离用的液相级联精馏装置的示意图。 图2为本实用新型的一个具体的实施例示意图。 图3为本实用新型的由图2所示的截液机构的实施例结构图。
具体实施方式
为了使专利局的审查员尤其是公众能更加清楚地了解本实用新型的结构 实质及有益效果，特结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式
详细描 述如下，但对实施例的描述均不构成对本实用新型的技术方案的限制，任何 形式上的而非实质性的等效替换或概念变化均应视为本实用新型所公开的并 且要求权利保护的技术方案范围。
敬请参阅图2，给出了用于同位素分离精馏即从天然水中分离精馏氧十八水的一组精馏塔l，在图中虽然仅仅示出了数量为三个并且彼此联结的一组精 馏塔l，但该数量显然不受图示限制，自左向右，依次称为前一级和后一级的 精馏塔1，更具体地讲，左边的一个精馏塔1相对于中间的一个精馏塔1而言 称为前一级的精馏塔1，而中间的一个精馏塔1相对于右边的一个精馏塔1 而言又称为前一级的精馏塔l,依次类推。各精馏塔1之间实施液相级联，即 由气液管路实现联结。
申请人在后一级精馏塔1与前一级的精馏塔1相联结的第一管路12上也 即在第一管路12的下端增设了一液体循环机构3。具体是在第一管路12 所大体上对应于塔底再沸器11的部位串联联结一台输送泵31,对于该输送泵 31优选采用由市售渠道获得的磁力输送泵。由输送泵31将第一管路12分隔 成进液管段121和出液管段122,其中，进液管段121的一端与下面还要详述 并且由图3所示的截液机构2的末级塔节21上所延设的出液管211相联结， 而进液管段121的另一端与输送泵31的进液口联结；出液管段122的一端与 输送泵31的出液口联结，另一端在加设压力表34、第三阀35和视镜36后与 第一管路12联结。由图2中的示意可知，第三阀35位于视镜36的下部，压 力表位于第三阀3S的下方，也就是说，由视镜36与第一管路12实施联结。 在进、出液管段121、 122上跨接有一回流管33，在回流管33上设第二阀37， 在进液管段121上设置第一阀32，由图示，第二阀37应当位于第一阀37的 下游。
上述液体循环机构3的设置，可以将前一级的精馏塔1中的液体送入到 后一级的精馏塔1的第一塔顶冷凝器13中，即实现液相输送。而已有技术例 如图1是将后一级的精馏塔1的由返流管17返回到前一级的精馏塔1中的液 体与前一级的精馏塔1下落的液体混合在一起经塔底再沸器11加热汽化后， 以气相方式由第一管路12送入到后一级的精馏塔1的第一塔顶冷凝器13中 的，即实现气相输送。概括地讲，通过加设液体循环机构3并且通过加设的 截液机构2能变已有技术中的气相输送为液相输送，对于这种输送方式的技 术效果，由于申请人已在上面的技术效果栏中阐及，故不再赘述。敬请参阅图3，给出了优选的但非绝对限于的截液机构2的一个具体的 实施例构造,作为截液机构2的末级塔节21 ，其上部构成有一第一法兰边212， 在第一法兰边212上间布有第一螺栓孔2121,用一组图中未示出的但依据常 识完全可以悟知的螺栓与图2中所示的精馏塔1的底部的塔节法兰边固定。 而末级塔节21的下部构成有一第二法兰边213,在该第二法兰边213上间设 (间隔开设)有一组第二螺栓孔2131，同样采用一组螺栓与构成在塔底再沸 器11上的法兰边相固定。当然，在将末级塔节21的第一法兰边212与塔节 法兰边固定时以及在将末级塔节的第二法兰边213与塔底再沸器11上的法兰 边固定时可分别加入密封垫圈，密封垫圈如采用橡胶圈或尼龙圈或其它类似 的密封圈。实际上，末级塔节21犹如设在精馏塔1底部的一个空塔节，这里 所讲的空塔节的概念是相对于其它的内设有塔板的塔节而言的。在末级塔节 21的下方侧部延设有一出液管211，该出液管211与前面已经提到的液体循 环机构3的进液管段121 (图2示)相联结。
请继续见图3，在末级塔节21的容腔内设有一截液堰22，由该集液堰22 将末级塔节21的容腔分隔成气相腔221和液相腔222。其中气相腔221与 塔底再沸器ll相通，而液相腔222与出液管211相通，并且气相腔221将由 前述的后一级的精馏塔1的返流管17 (图2示)返回的液体引入塔底再沸器 11再沸，而液相腔222则将前一级的或称自身的那个精馏塔1所下落的液体 经出液管211、液体循环机构3和第一管路12引入到后一级的精馏塔1的第 一塔顶冷凝器13。因此，前一级与后一级的精馏塔l的液体是分开的。在气 相腔221中探入有后一级塔管路接口 23的一端，后一级塔管路接口 23的另 一端与返流管17联结。在末级塔节21的内壁的上部对应两侧各延设有至少 一对第一固定耳214,这些第一固定耳214显然是用来供一组支架24与其固 定的， 一组支架24穿设在一组固定杆26上， 一组固定杆26的数量至少有两 根，而一组支架24的优选数量为四 六个，在每个支架24的长度方向各加 工有彼此形状相同、位置相对应的截液板嵌槽241, —组截液板25以图3所 示的鳞次栉比的联结形式插嵌在截液板嵌槽241上。并且在截液板25的长度方向的底部构成有横截面形状优选为U形的导液槽252,相邻截液板25之间 构成有蒸汽通道251。在一组支架24中的处于对应的两侧的各一个支架24 上延设有与第一固定耳214的数量相等且形状大致相同和位置相对应的第二 固定耳242，由第二固定耳242与第一固定耳214实施固定。如果一组支架 24有四根,那么应在处于两侧的也即靠近末级塔节21内壁的对应两侧的各一 根支架24上延设第二固定耳242。此外，当由一组支架24携一组截液板25 与末级塔节21固定后，由于截液板25是朝着液相腔222的方向倾斜的，并 且倾斜的角度优选为10 20° ，较好地为12 18° ，更好地为14 16° ,最 好为15° ,本实施例选择15° ，因此当精馏塔1上部的液体下落时，能将液 体理想地导入到液相腔222中，边缘部位的难以由截液板25截取的液体则由 截液堰22上部的起栈槽作用的集液槽223引入到液相腔222中。
申请人结合图2和图3叙述本实用新型的工作原理，以目前由图2所示 出的由三个液相级联的精馏塔1所构成液相级联装置为例，在精馏塔1处于 同位素分离精馏状态下，即处于将天然水分离精馏氧十八水的工作状态下， 前一个即左边一个精馏塔1内的液体下落到由图3所示的截液板25上，由集 液板25底部的导液槽252以及由截液堰22上部的集液槽223截取并导入到 液相腔222中，在液体循环机构3的输送泵31的输送下，此时开启第一、第 二、第三阀32、 37、 35，液相腔222中的液体经出液管211、进液管段121、 出液管段122和第一管路12引入到后一级的精馏塔1的第一塔顶冷凝器13 冷凝，冷凝后的液体经液相管131进入储液罐14，进入到储液罐14内的一部 分(大部分)液体由联结在贮液罐14底部的回流管141引入到后一级即图示 的中间的一个精馏塔1的塔顶中，而该中间的一个精馏塔1内的液体下落， 经截液板25截取后，在液体循环机构3的作用下经相应的第一管路12引入 到第三个精馏塔1的第一塔顶冷凝器13，依此类推。在上述过程中，后一级 的即中间一个精馏塔1中的由塔底再沸器11加热汽化后气体经顶部的气相管 15进入第二塔顶冷凝器16冷凝，冷凝后的液体由返流管17引入到前一级的 即左边的一个精馏塔1的截液机构2的气相腔，直到进入塔底再沸器11再沸成蒸汽，蒸汽上升至塔顶，由塔顶的气相管15引出到图中未予示出的相应的 第二塔顶冷凝器16,依此类推。还在该过程中，储液罐14内的另一部分(小 部分)液体则由联结在储液罐14上侧部的溢流管142直接引入返流管17。
由上述的工作原理可知，来自于后一级的精馏塔l的即由返流管17返回 到前一级的精馏塔1中的液体由前一级的精馏塔1的塔底再沸器11再沸、汽 化，同时，前一级精馏塔l内的向下落流的液体，经截液板25截取后引入液 相腔222,由液体循环机构3经第一管路12引入到后一级的精馏塔1的第一 塔顶冷凝器13中，因此前、后两个精馏塔l之间的液体不会出现返混，而且 前一级的精馏塔1中下落的液体不需要再由塔底再沸器11加热以气相的方式 引入到后一级的精馏塔1，而是直接以液相方式通过液体循环机构3送往后一 级的精馏塔l。因此，不言而喻的优点之一，能避免液体返混而藉以提高分离 效率；之二，节约塔底再沸器ll的加热能源。特别是，申请人将本实用新型 的液相级联精馏装置与已有技术中的液相级联精馏装置在保密措施下作了同 样对同位素分离(由天然水分离氧十八水)的对比性使用试验，结果惊人地 表明分离效率提高25%，节能每天为l万元(以标准煤折算)。因此，本实 用新型的技术方案是极致的。
权利要求1、一种同位素分离用的液相级联精馏装置，它包括一组彼此由管路联结的精馏塔(1)，每个精馏塔(1)包括塔底再沸器(11)、第一管路(12)、第一、第二塔顶冷凝器(13、16)、储液罐(14)、气相管(15)和返流管(17)，其特征在于在所述的第一管路(12)上设有一用于将前一级的精馏塔(1)中的液体引入到后一级的精馏塔(1)的塔顶中去的液体循环机构(3)；在所述的精馏塔(1)的下部并且在对应于所述的塔底再沸器(11)的上部设置有一用于将后一级的精馏塔(1)中的并且由所述返流管(17)所引入的液体与前一级的精馏塔(1)中所下落的液体实施分隔的截液机构(2)。
2、 根据权利要求1所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的液体循环机构(3)包括输送泵(31)、回流管(33)、第一、第二、第 三阀(32、 37、 35)、压力表(34)和视镜(36)，输送泵(31)串联在第一管路(12) 上，并且由该输送泵(31)将所述第一管路(12)区隔成进液管段(121)和出液管 段(122)，回流管(33)的两端分别跨接在进、出液管段(121、 122)上，第一阔(32) 设在进液管段(121)上，第二阀(37)设在回流管(33)上，而第三阀(35)、压力表 (34)和视镜(36)均设在所述的出液管段(122)上，其中，视镜(36)位于第三阀(35) 的上部，而压力表(34)位于第三阀(35)的下部。
3、 根据权利要求2所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的输送泵(31)为磁力输送泵。
4、 根据权利要求1所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的截液机构(2)包括末级塔节(21)、截液堰(22)、后一级塔管路接口 (23)、 一组支架(24)和一组截液板(25)以及一组固定杆(26)，末级塔节(21)的上 部与精馏塔(l)的下部固定，而末级塔节(21)的下部与所述的塔底再沸器(11) 的上部固定，截液堰(22)设置在末级塔节(21)的容腔中，将末级塔节(21)的容 腔分隔成气相腔(221)和液相腔(222)，并且在所述的截液堰(22)的上部构成有一集液槽(223)，所述的液相腔(222)与延设在末级塔节(21)侧部的出液管(211) 相通，出液管(211)与所述的液体循环机构(3)联结，后一级塔管路接口(23)的 一端伸展到所述的气相腔(221)中，另一端伸展到所述的末级塔节(21)外与后 一级的精馏塔(1)的返流管(17)联结， 一组支架(24)以间隔状态地联结在一组 固定杆(26)上并且还与所述的末级塔节(21)的内壁固定，在一组支架(24)上各 间隔开设有位置彼此对应的截液板嵌槽(241), —组截液板(25)彼此相配合并 且插嵌在所述的截液板嵌槽(241)内，各枚截液板(25)之间形成有用于供蒸汽 流通的蒸汽通道(251)，蒸汽通道(251)与精馏塔(1)的内腔相通。
5、 根据权利要求4所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的截液板(25)的长度方向的底部构成有导液槽(252)。
6、 根据权利要求4所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的导液槽(252)的横截面形状为U形。
7、 根据权利要求4所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的截液板(25)是倾斜状态地插嵌在所述的支架(24)上的截液板嵌槽 (241)上的，倾斜的方向朝向所述的液相腔(222)。
8、 根据权利要求7所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的倾斜的倾斜角度为10 20° 。
9、 根据权利要求8所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的倾斜的倾斜角度为15° 。
10、 根据权利要求4所述的同位素分离用的液相级联精馏装置，其特征 在于所述的末级塔节(21)的内壁的上部对应两侧各延设接有至少一对第一固 定耳(214)，而所述的一组支架(24)中的位置处于固定杆(26)的对应两端的支 架(24)上同样地各延设有数量与第一固定耳(214)相等的第二固定耳(242)，第 一、第二固定耳(214、 242)彼此固定。
专利摘要一种同位素分离用的液相级联精馏装置，属于分离精馏设备技术领域。它包括一组彼此由管路联结的精馏塔，每个精馏塔包括塔底再沸器、第一管路、第一、第二塔顶冷凝器、储液罐、气相管和返流管，特点是在所述的第一管路上设有一用于将前一级的精馏塔中的液体引入到后一级的精馏塔的塔顶中去的液体循环机构；在所述的精馏塔的下部并且在对应于所述的塔底再沸器的上部设置有一用于将后一级的精馏塔中的并且由所述返流管所引入的液体与前一级的精馏塔中所下落的液体实施分隔的截液机构。优点有利于节约能源；有利于保障分离效率。
文档编号B01D59/04GK201220150SQ20082003780
公开日2009年4月15日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者余兆钧, 徐志红, 杨远辉 申请人:常熟华益化工有限公司