多级串联连续精馏分离轻氢分子水的装置及方法制造方法及图纸

一种多级串联连续精馏分离轻氢分子水的装置及方法，装置由一级以上的精馏塔串联组成，各级精馏塔内的操作压力由前向后逐级降低，天然水通过汽化器气化后进入第一级精馏塔，在各级精馏塔内逐级连续流动并进行精馏分离，利用轻氢与重氢同位素间的蒸汽压的差别，在每一级精馏塔内上升的汽相物料与下降的液相物料逆流充分接触，不断发生汽化和冷凝的传质过程，轻氢同位素逐级进入汽相，重氢同位素逐级进入液相，使汽相物料中轻氢同位素的丰度得到逐级提高，最终成为轻氢分子水由冷却器中排出，通过调整最后一级产品与回流液的比例，可以得到轻氢丰度为99.9999～99.9865％的轻氢分子水。本发明专利技术具有分离效率高、能耗低、结构简单、操作容易的优点，适用于轻氢分子水的连续生产过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及稳定性同位素分离
，具体涉及一种制备轻氢分子水的多级串 联连续精馏分离轻氢分子水的装置及方法。
技术介绍
众所周知，自然界中的水一般由2个氢原子和1个氧原子组成（H20)，但氢元素有 质量数不同的3个同位素：轻氢（氕-?)的质量为1、重氢（氘-?)的质量为2,均是稳定 性同位素；超重氢（氚-?)的质量为3,是放射性同位素。由于氢原子同位素的质量数不 同，通常将质量数为1的轻氢原子和氧原子组成的水〇H20)分子称为轻氢分子水；把质量数 为2的重氢原子与氧原子组成的水（2H20)分子称为重氢分子水；把质量数为3的超重氢原 子与氧原子组成的水（3h2o)分子称为超重氢分子水。在天然水中，轻氢分子水的天然丰度 为99. 985%，重氢分子水一般为150ppm(0. 015% )，超重氢分子水的天然丰度更低，只有十 亿分之一，基本可以认为天然不存在。采用先进的高科技同位素分离技术来降低天然水中 重氢分子水的含量到150ppm以下，这样得到的的水即称为轻氢分子水。 研究结果表明，重氢（?)对生命体的生存发展和繁衍是有害的，在水中不论重氢 (?)的含量多少对生命体都是有害的。我们知道，C_2H键比0?键更牢固而不易断裂，重 氢（?)置换轻氢原子可以在DNA的螺旋结构中产生附加应力，造成双螺旋的相移、断裂、 替换，使核糖核酸排列混乱，甚至重新合成，出现突变，从而增加人体出现癌变的几率。而 轻氢分子水是具有特殊分子结构、减少了重氢（?)含量的水，轻氢分子水的重氢（?)含量 <150ppm，而普通的矿泉水、纯净水、自来水等饮用水的重氢（2H)含量为150ppm。 研究表明，自然界中的水分子是会自动相互结合在一起，形成较大的分子团，这将 导致水分子团过大而让水不能顺利被细胞吸收。轻氢分子水的分子结构则是独一无二的， 它形成的分子团已变成一个更小更稳定的高能态结构，经核磁共振分析证实，轻氢分子水 的分子团比普通的矿泉水、纯净水、自来水小50%以上，这些较小的分子团在身体内部移动 穿越比其他的水更迅速有效，更容易被细胞吸收，使身体更快更有效地补充水分。 总之，水是生命之源，水中重氢（?)元素含量的多少是衡量水好坏的重要标准。轻 氢分子水不仅能够应用于科学研究，而且还具有活化免疫细胞、改善机体基础代谢水平、抗 细胞突变和延缓衰老等功能，更有益于生命体的生存发展和繁衍，对于人类的健康具有重 要意义。 仅就分离方法而论，同位素的分离方法有化学交换法、精馏法、电解法、热扩散法、 膜扩散吸附法、离心法、激光法等，但是从饮用水安全性及工业化生产角度考虑，获得轻氢 分子水最为适宜的方法是天然水的同位素精馏分离方法，其利用水中轻氢分子水和重氢分 子水的同位素蒸汽压的细微差异来实现分离。水精馏法原料易得、操作简单可靠、生产过程 绿色环保，是一种容易实现的工业化生产轻氢分子水的方法。 但是目前，同位素的精馏法分离技术还存在许多不足之处：各级精馏塔采用相同 的恒定操作压力，塔之间热量无法耦合利用，能耗高；对轻氢分子水的分离过程只能间歇进 行，而汽液相物料无法在各级精馏塔中连续不间断地流动以完成轻氢分子水的连续生产； 同位素分离系数小，分离级数多（大规模生产同位素的装置需要串、并联几十，甚至上百个 精馏塔），投资大；精馏塔之间（串、并联）级联结构复杂，各级间均设置加热器、冷却器和 储槽，控制操作困难；系统持液量大，系统平衡时间长等，因而严重制约了稳定同位素产品 的市场及应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服上述现有技术的不足，提供一种多级串联连续精馏分离 轻氢分子水的装置及方法，在各级精馏塔中采用不同的操作压力，实现汽液相物料的连续 传输和连续精馏，从而提高分离效率，节约能耗，简化结构，节省投资，便于操作。 为实现上述目的本专利技术采取的技术方案如下： -种多级串联连续精馏分离轻氢分子水的装置，所述的装置由一级以上的精馏塔 串联组成，其特征在于：每前一级精馏塔的顶部连接后一级精馏塔的下部，每后一级精馏塔 的底部通过一液体输送栗连接前一级精馏塔的上部，第一级精馏塔的下部连接用以加热汽 化进入所述装置的天然水的汽化器，最后一级精馏塔的顶部连接用以冷凝获得轻氢分子水 的冷却器，该冷却器连接所述最后一级精馏塔的上部以输送回流液；各级精馏塔内的操作 压力由前向后逐级降低，所述天然水通过所述汽化器气化后进入第一级精馏塔，在之后的 各级精馏塔内逐级连续流动并进行精馏分离，最终成为轻氢分子水由所述冷却器中排出。 进一步地，所述的每前一级精馏塔的操作压力比后一级精馏塔的操作压力高 100~250mmHg，最后一级精馏塔的操作压力为50~200mmHg。 进一步地，所述的装置所含精馏塔的级数为2级、3级、4级或5级。 进一步地，每一级所述的精馏塔内装填有波纹规整传质组件或狄克松散堆传质组 件。 进一步地，所述的波纹规整传质组件的等板高度为2. 5cm~5. 0cm，所述狄克松散 堆传质组件的等板高度为1. 5cm~3. 0cm。 本专利技术的另一技术方案如下： -种采用上述装置的多级串联连续精馏分离轻氢分子水的方法，其特征在于：天 然水通过所述汽化器气化后进入第一级精馏塔，在操作压力由前向后逐级降低的各级精馏 塔内逐级连续流动并进行精馏分离，利用轻氢与重氢同位素间的蒸汽压的差别，在每一级 所述精馏塔内上升的汽相物料与下降的液相物料逆流充分接触，不断发生汽化和冷凝的传 质过程，使到达所述精馏塔顶部的汽相物料中轻氢同位素的丰度得到逐级提高，最终成为 轻氢分子水由所述冷却器中排出。 进一步地，在所述的多级串联连续精馏分离轻氢分子水的装置中，天然水连续进 行以下过程： 1)天然水经过位于第一级精馏塔之前的汽化器加热汽化后，进入所述第一级精馏 塔的下部，并上升至该第一级精馏塔的顶部； 2)汽相物料利用各精馏塔操作压力之间的压差，从前一级精馏塔的顶部进入后一 级精馏塔的下部，并在所述精馏塔内自然流动；液相物料依靠所述液体输送栗从后一级精 馏塔的底部进入前一级精馏塔的上部，并在所述精馏塔内依靠重力自然流动； 3)利用轻氢与重氢同位素间的蒸汽压的差别，在每一级所述精馏塔内，上升的汽 相物料和下降的液相物料相互充分接触，不断发生部分汽化和部分冷凝的过程，轻氢同位 素因相对挥发度大而富集进入上升的汽相物料，使最终到达所述精馏塔顶部的汽相物料中 轻氢同位素丰度得到逐级提高； 4)由最后一级精馏塔顶部出来的汽相物料进入所述冷却器被冷凝成液相水，该液 相水的一部分成为回流液并返回所述最后一级精馏塔的上部，该液相水的另一部分成为轻 氢分子水； 5)通过调整步骤4)中形成的轻氢分子水与回流液的比例，能够得到轻氢丰度为 99. 9999~99. 9865%的轻氢分子水。 进一步地，所述的每前一级精馏塔的操作压力比后一级精馏塔的操作压力高 100~250mmHg，最后一级精馏塔的操作压力为50~200mmHg。 不同于现有的串联精馏塔组工艺，各级精馏塔采用相同的恒定操作压力，每一级 都需要设置加热器、冷却器和储槽，本专利技术仅在第一级精馏塔前设置汽化器加热汽化天然 水原料，在最后一级精馏塔后设置冷却器进行冷凝，从而连续获得轻氢分子水产品；并且各 级精馏塔的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级串联连续精馏分离轻氢分子水的装置，所述的装置由一级以上的精馏塔串联组成，其特征在于：每前一级精馏塔的顶部连接后一级精馏塔的下部，每后一级精馏塔的底部通过一液体输送泵连接前一级精馏塔的上部，第一级精馏塔的下部连接用以加热汽化进入所述装置的天然水的汽化器，最后一级精馏塔的顶部连接用以冷凝获得轻氢分子水的冷却器，该冷却器连接所述最后一级精馏塔的上部以输送回流液；各级精馏塔内的操作压力由前向后逐级降低，所述天然水通过所述汽化器气化后进入第一级精馏塔，在之后的各级精馏塔内逐级连续流动并进行精馏分离，最终成为轻氢分子水由所述冷却器中排出。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高明，
申请(专利权)人：高明，
类型：发明
国别省市：上海;31