[实用新型]一种氢同位素低温精馏分离装置

说明书

本实用新型公开一种氢同位素低温精馏分离装置，涉及氢同位素分离技术领域，本实用新型包括真空冷箱、液氮冷屏、制冷机、冷头换热器、柱顶冷凝器、精馏塔和柱底再沸器，液氮冷屏位于真空冷箱内，制冷机的冷头、冷头换热器、柱顶冷凝器、精馏塔和柱底再沸器均位于液氮冷屏内；制冷机位于真空冷箱上，制冷机的冷头与冷头换热器连接，冷头换热器与柱顶冷凝器的一端连接，柱顶冷凝器的另一端与精馏塔的一端连接，精馏塔的另一端与柱底再沸器连接。本实用新型的有益效果在于：通过真空冷箱加上液氮冷屏多层绝热结构，减少常温环境对精馏塔的辐射热负荷，降低低温精馏过程中的冷量损伤。

技术领域

本实用新型涉及氢同位素分离技术领域，具体涉及一种氢同位素低温精馏分离装置。

背景技术

精馏是利用混合物中各组分挥发度不同而将各组分加以分离的一种分离过程，自然界中的氢以氕(¹H)、氘(²H)、氚(³H)三种同位素的形式存在。低温精馏工艺具有处理量大、分离因子高、连续操作的独特优势。

氢及其同位素的沸点处于20.38K至23.36K之间，分离温度极低(约20K) 且沸点相差太小(不到3K)，根据氢同位素沸点存在微小差异的特性，低温精馏是分离氢同位素的一种有效方法，如公告号为CN201476466U的专利公开一种全精馏制备纯氪和纯氙的装置，包括液体泵、第一级精馏塔、第二级精馏塔、第三级精馏塔、第四级精馏塔和第五级精馏塔，所述的液体泵连接第一级精馏塔，第一级精馏塔塔釜连接第二级精馏塔，第二级精馏塔塔釜连接第三级精馏塔，第三级精馏塔塔顶连接纯氪产品收集器、塔釜连接第四级精馏塔，第四级精馏塔塔顶连接第五级精馏塔，第五级精馏塔塔釜连接纯氙产品收集器。但是现有技术中的低温精馏装置中常温环境易对精馏塔造成辐射热负荷，影响氢同位素低温精馏效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于现有的技术中的低温精馏装置中常温环境易对精馏塔造成辐射热负荷，影响氢同位素低温精馏效率，提供一种氢同位素低温精馏分离装置。

本实用新型通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本实用新型提供一种氢同位素低温精馏分离装置，包括真空冷箱、液氮冷屏、制冷机、冷头换热器、柱顶冷凝器、精馏塔和柱底再沸器，所述液氮冷屏位于真空冷箱内，所述制冷机上设有冷头，所述冷头、冷头换热器、柱顶冷凝器、精馏塔和柱底再沸器均位于液氮冷屏内；

所述制冷机位于真空冷箱上，所述冷头与冷头换热器连接，所述冷头换热器与柱顶冷凝器的一端连接，所述柱顶冷凝器的另一端与精馏塔的一端连接，所述精馏塔的另一端与柱底再沸器连接；

所述冷头换热器上设有第一进料口和第一出料口，所述精馏塔上设有第二进料口，所述柱底再沸器上设有第二出料口，所述柱顶冷凝器上设有第三出料口，所述第一出料口通过第一管道与第二进料口连接。

工作原理：原料气从第一进料口进入冷头换热器内，制冷机为冷源，原料气在冷头换热器内经过换热降温后，通过第一管道通入第二进料口内，降温后原料气在精馏塔内不断上升，进入柱顶冷凝器内，原料气在柱顶冷凝器内被冷凝成液体，液体在精馏塔内不断往下流动，与不断上升的原料气在精馏塔内的精馏填料表面进行传质传热，从而使低沸点的氢同位素吸热成为气体不断上升，富集在柱顶冷凝器顶部，从第三出料口流出，高沸点的氢同位素冷凝成液体，在柱底再沸器内富集，从第二出料口流出。通过合理的控制柱顶柱顶冷凝器及柱底柱底再沸器的温度，可以实现精馏过程的连续，从而达到低温精馏分离氢同位素的作用。

有益效果：本实用新型装置结构合理紧凑，使用制冷机为整个系统提供冷量，保证精馏过程冷量充足、可靠、稳定和高效，采用低温精馏方法对氢及其同位素进行分离，制冷机冷头处于真空环境中，通过真空冷箱加上液氮冷屏多层绝热结构，减少常温环境对精馏塔的辐射热负荷，降低低温精馏过程中的冷量损伤，使制冷机的冷量能够高效的应用于双组份氢同位素的精馏分离，实现对氕氘组分或氘氚组分的分离。