[发明专利]一种同位素低温精馏装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种化工领域的低温精馏装置，尤其是涉及一种同位素低温精馏装置。

背景技术

低温精馏装置在工业领域有着广泛的应用，在现有技术中，低温精馏塔均采用珠光砂绝热。珠光砂绝热性能优于早期的聚氨酯材料，已经在低温空气分离领域得到了广泛应用。然而，在同位素分离领域，采用珠光砂绝热的低温精馏塔存在很多缺陷。同位素体系分离系数低，如CO低温精馏分离¹³C时¹²CO/¹³CO的分离系数为1.008～1.01，所以要想从天然丰度1.11％¹³CO富集到99％¹³CO，一般需要2000～3000块理论板，由此导致同位素分离装置高达上百米、且精馏塔直径小、塔内液体流量小，所以要求塔体保温效果要好，否则将需要更大的回流比来弥补外界传入的热量损失。因此，分离同位素的低温精馏装置对绝热的要求远高于传统空气分离装置。现有的低温精馏装置均采用空分领域广泛应用的珠光砂绝热，如图1所示，日本专利JP11-63808A采用珠光砂绝热的多管塔结构，用于低温精馏分离同位素，其中蒸馏塔本体28包括再沸器29、蒸馏塔节30、冷凝器31、外塔32、支撑板33、珠光砂34、抽真空口35。但是这种技术存在以下缺点：绝热效果仍然难以满足低温精馏分离同位素的要求、绝热材料用量大、检修时需将珠光砂扒出、长时间或低温下绝热层容易出现松动等缺点，而且采用很多根小直径精馏柱并列组成多管塔结构，造成了制造困难、生产能力低下、同时设备可靠性变差。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高效、可靠、低成本的同位素低温精馏装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种同位素低温精馏装置，该装置包括冷凝器、精馏柱、再沸器，所述的冷凝器设置在精馏柱顶部，再沸器设置在精馏柱底部，其特征在于，该装置还包括铝箔辐射层、低温气体冷屏和真空外壳，所述的铝箔辐射层包裹在精馏柱的塔壁外，所述的低温气体冷屏缠绕在精馏柱塔壁外铝箔辐射层的外表面上，冷凝器、精馏柱、再沸器、铝箔辐射层、低温气体冷屏设置在真空外壳内。

所述的铝箔辐射层设有1～50层，各层间间隔纤维材料。

所述的低温气体冷屏内的气体为冷凝器内气化的冷却剂。

所述的低温气体冷屏内的气体为塔顶馏出物。

所述的真空外壳连接真空机组，由真空机组维持真空外壳内的真空度在10^-1～10^-3Pa。

所述的冷凝器供低温冷却剂与精馏介质蒸汽进行换热，精馏介质冷凝后返回精馏柱，未冷凝部分作为塔顶馏出物取走，冷却剂吸收热量后蒸发。

所述的冷凝器为管式、板式或板翅式，冷凝器的材料是铜、不锈钢或铝合金。

所述的精馏柱至少设有一根，该精馏柱内装填规整填料或散堆填料。

所述的精馏柱设有一根，精馏柱柱内装填丝网波纹填料、迪克松环、三角形或矩形圈颗粒填料。

所述的精馏柱设有2-5根，各精馏柱上下设置，其直径由上到下逐渐减小，精馏柱柱内装填丝网波纹填料、迪克松环、三角形或矩形圈颗粒填料，每根精馏塔底部均设有一再沸器。

本发明申请的低温精馏装置，采用独特的真空室、铝箔辐射屏及低温气体冷却屏结构设计，在绝热效果上具备了传统技术无法比拟的优越性。

本发明低温精馏柱内充填有规整填料或散堆填料，即丝网波纹填料、迪克松环、三角形、矩形圈颗粒填料。精馏柱外壁包裹着1～50层的铝箔，中间间隔纤维材料，如此处理之后，有效地降低了辐射传热。在铝箔辐射层外缠绕低温气体冷却屏，冷却气体为冷凝器内汽化的冷却剂或塔顶的馏出物。整个精馏装置的外壳是一个真空室，真空度为10^-1Pa～10^-3Pa，由真空机组维持。这样，低温精馏装置最大限度地降低了热量传递，绝热性能明显优于传统技术。传统同位素精馏装置由于散热大，必须加大回流比来弥补，降低了精馏塔的分离能力；而采用本发明的技术，外界引起的冷损失将大部分被消除，同时分离设备的尺寸也被降低。