[实用新型]同位素分离用的液相级联精馏装置

说明书

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，即：¹H(氕)和²H(氘)；氧有三种稳定同位素：¹⁶O(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缩到原子百分比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1，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进入贮液罐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1内的液体同样经塔底再沸器11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11，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11而言，既要加热由精馏塔1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11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1中的液体(包括精馏塔1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。