一种多级精馏塔系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多级精馏塔系统，属于稳定性同位素分离技术领域，其包括级联的多个精馏塔，精馏塔的塔体外包覆真空保温层；相邻级的精馏塔之间至少设置有一个低温泵；每个精馏塔的上方均设置有一冷凝器；第一级精馏塔的中部设置进料口，次末级精馏塔与末级精馏塔之间设置有产品气瓶，产品气瓶与次末级精馏塔、末级精馏塔均通过低温泵连接；次末级精馏塔与位于次末级精馏塔与前一级精馏塔之间的低温泵之间设置有扰频器和低温冷阱，低温冷阱位于靠近次末级精馏塔的一侧。本发明专利技术结构简单、冷能消耗小、传输设备可靠性高、生产成本低，经过多级联的精馏塔后通过管道引出至产品罐进行储存，产品罐内的13C产品丰度不低于99.9％。产品罐内的13C产品丰度不低于99.9％。产品罐内的13C产品丰度不低于99.9％。

【技术实现步骤摘要】
一种多级精馏塔系统


[0001]本专利技术属于稳定性同位素分离
，具体涉及一种多级精馏塔系统。

技术介绍

[0002]稳定性同位素的应用越来越广，其分离方法有热扩散法、气体扩散法、离心分离法、激光法、化学交换法、离子交换法及精馏法。但适合工业应用的目前只有低温精馏法。
[0003]其中，稳定性同位素13C、18O、15N、10B大多是用CO、NO、BF3低温精馏得到的。CO低温精馏中12CO/13CO理想分离系数为1.01，而实际大多小于1.008，所以要想从天然丰度1.11％13CO富集到99％13CO，一般需要3000块理论板，所以导致同位素分离级联具有非常大的长度。
[0004]同时，由于采用乱堆填料，一般塔径都小于100mm，要扩大生产规模，就得采用多管塔。这使得实际生产装置安装起来相当困难。低温精馏分离同位素时，低温精馏塔是主要的设备投资；在生产过程中，回流比高达1000以上，所以低温能耗是主要的生产成本。
[0005]中国专利200910197588.3公开了一种无动力输送的水平级联工艺。其特点是级联之间汽液流动仅依靠流体压降、重力实现自然回流，而没有动力输送设备。该种生产技术的优点是不用动力输送，但缺点是低温液氮消耗增加。
[0006]中国专利201110355385.X、201110355376.0公开了一种低温精馏生产工艺，其特点是级联之间全部是气相输送，水平级联各塔中设置提取段来减小级联各塔之间的物料输送流量，同时通过改变水平级联系统的压力分布实现各塔间物料的自动流动，或通过气体输送设备来实现。该种生产技术的特点是级联之间气体输送量小，缺点是压力分布要求高；同时精馏塔利用率低，设备投资高。
[0007]由此可见，现有13C低温精馏生产技术具有装置过高、结构复杂、冷能消耗大、传输设备可靠性差、同位素产品达到99％困难的缺点，造成了生产成本高、生产能力低下的现状。

技术实现思路

[0008]为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案为：
[0009]一种多级精馏塔系统，包括级联的多个精馏塔，所述精馏塔的塔体外包覆真空保温层；相邻级的精馏塔之间至少设置有一个低温泵；每个所述精馏塔的上方均设置有一冷凝器，所述冷凝器的冷源为液氮；
[0010]其中，第一级精馏塔的中部设置进料口，次末级精馏塔与末级精馏塔之间设置有产品气瓶，所述产品气瓶与所述次末级精馏塔之间以及所述产品气瓶与所述末级精馏塔之间均通过所述低温泵连接；
[0011]所述次末级精馏塔与位于所述次末级精馏塔与前一级精馏塔之间的所述低温泵之间设置有扰频器和低温冷阱，所述低温冷阱位于靠近所述次末级精馏塔的一侧。
[0012]进一步地，还包括抽真空装置，所述真空保温层内具有真空腔，所述真空腔与所述
抽真空装置连接，所述抽真空装置用于对所述真空腔进行抽真空处理。
[0013]进一步地，还包括尾气收集装置，所述尾气收集装置与所述冷凝器的尾气排出端连接，所述尾气收集装置用于收集所述精馏塔精馏后经所述冷凝器的尾气排出端排出的尾气。
[0014]进一步地，多个所述精馏塔的排气口与所述尾气收集装置之间的连接管路上连接有多个应急储罐。
[0015]进一步地，还包括监测装置，所述监测装置包括：
[0016]采集组件，所述采集组件包括设置在每级精馏塔进料口、每级精馏塔出料口以及设置所述低温泵的进口和出口、所述扰频器的进口和出口、所述低温冷阱的进口和出口的流量传感器、温度传感器、压力传感器；
[0017]控制组件，所述控制组件包括为控制分析模块和显示模块，所述控制分析模块与所述采集组件电连接；所述控制分析模块为基于卷积神经网络构建的训练控制网络模型，所述采集组件采集的实时数据输入至所述控制分析模块；
[0018]所述控制分析模块利用神经网络训练得到的模型对输入参数进行运算，并输出每个所述精馏塔的安全参数、工作效率，并将安全参数、工作效率发送至所述显示模块，所述显示模块用于显示每个精馏塔安全信息以及工作效率；
[0019]同时，所述控制分析模块将所述采集组件采集的实时参数通过遗传算法选取各个参数之间的最佳运行参数，形成匹配运行方案发送至所述第一级精馏塔的供料装置、所述冷凝器、所述低温泵、所述扰频器、所述低温冷阱，以使级联的多个精馏塔、所述冷凝器、所述低温泵、所述扰频器、所述低温冷阱均处于最佳运行状态并达到最高工作效率。
[0020]进一步地，还包括训练模块，所述训练模块与所述控制分析模块、所述采集组件连接，用于将所述采集组件采集的实时参数通过遗传算法选取各个参数之间的最佳运行参数，形成匹配运行方案上传至所述控制分析模块进行训练。
[0021]进一步地，所述训练模块内具有训练样本，所述训练样本包括80％的训练样本和20％的测试训练样本。
[0022]进一步地，所述卷积神经网络包括输入层、卷积层、池化层，所述卷积层层数为16、卷积核大小为3*3的卷积层和层数为5的最大池化层。
[0023]进一步地，包括4个级联的30个精馏塔，其中，第一级精馏塔为20个，20个所述第一级精馏塔并联连接；原料气纯化体系的出口端与20个所述第一级精馏塔的中部进料口连接；
[0024]所述第二级精馏塔为6个，6个所述第二级精馏塔并联连接，6个所述第二级精馏塔的中部进料口与20个所述第一级精馏塔的底部出料口之间通过一所述低温泵连接；
[0025]所述次末级精馏塔为3个第三级精馏塔，3个所述第三级精馏塔并联连接，3个所述第三级精馏塔的中部进料口与6个所述第二级精馏塔的底部出料口之间通过一所述低温泵连接，所述扰频器和低温冷阱位于3个所述第三级精馏塔的中部进料口与所述低温泵之间；
[0026]所述末级精馏塔为1个第四级精馏塔，所述第四级精馏塔的中部进料口与3个所述第三级精馏塔的底部出料口之间一侧设置有一所述低温泵、所述产品气瓶和一所述低温泵。
[0027]本专利技术的有益效果：
[0028]本专利技术提供的多级精馏塔系统，结构简单、冷能消耗小、传输设备可靠性高、生产成本低，经过多级联的精馏塔后通过管道引出至产品罐进行储存，产品罐内的13C产品丰度不低于99.9％。
[0029]同时，通过设置监测装置，来采集的实时数据，通过遗传算法选取各个参数之间的最佳运行参数，形成匹配运行方案发送至第一级精馏塔的供料装置、冷凝器、低温泵、扰频器、低温冷阱，以使级联的多个精馏塔、冷凝器、低温泵、扰频器、低温冷阱均处于最佳运行状态，使多级精馏塔系统始终运行在最高工作效率。
附图说明
[0030]图1是本专利技术整体结构的示意图；
[0031]其中，1、第一级精馏塔；2、第二级精馏塔；3、扰频器；4、低温冷阱；5、第三级精馏塔；6、产品气瓶；7、低温泵；8、抽真空装置；9、第四级精馏塔；10、应急储罐；11、采集组件；12、控制分析模块；13、训练模块；14、尾气收集装置；15、冷凝器；16、进料口；17、真空保温层。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级精馏塔系统，其特征在于，包括级联的多个精馏塔，所述精馏塔的塔体外包覆真空保温层；相邻级的精馏塔之间至少设置有一个低温泵；每个所述精馏塔的上方均设置有一冷凝器，所述冷凝器的冷源为液氮；其中，第一级精馏塔的中部设置进料口，次末级精馏塔与末级精馏塔之间设置有产品气瓶，所述产品气瓶与所述次末级精馏塔之间以及所述产品气瓶与所述末级精馏塔之间均通过所述低温泵连接；所述次末级精馏塔与位于所述次末级精馏塔与前一级精馏塔之间的所述低温泵之间设置有扰频器和低温冷阱，所述低温冷阱位于靠近所述次末级精馏塔的一侧。2.根据权利要求1所述的多级精馏塔系统，其特征在于，还包括抽真空装置，所述真空保温层内具有真空腔，所述真空腔与所述抽真空装置连接，所述抽真空装置用于对所述真空腔进行抽真空处理。3.根据权利要求1所述的多级精馏塔系统，其特征在于，还包括尾气收集装置，所述尾气收集装置与所述冷凝器的尾气排出端连接，所述尾气收集装置用于收集所述精馏塔精馏后经所述冷凝器的尾气排出端排出的尾气。4.根据权利要求3所述的多级精馏塔系统，其特征在于，多个所述精馏塔的排气口与所述尾气收集装置之间的连接管路上连接有多个应急储罐。5.根据权利要求1所述的多级精馏塔系统，其特征在于，还包括监测装置，所述监测装置包括：采集组件，所述采集组件包括设置在每级精馏塔进料口、每级精馏塔出料口以及设置所述低温泵的进口和出口、所述扰频器的进口和出口、所述低温冷阱的进口和出口的流量传感器、温度传感器、压力传感器；控制组件，所述控制组件包括为控制分析模块和显示模块，所述控制分析模块与所述采集组件电连接；所述控制分析模块为基于卷积神经网络构建的训练控制网络模型，所述采集组件采集的实时数据输入至所述控制分析模块；所述控制分析模块利用神经网络训练得到的模型对输入参数进行运算，并输出每个所述精馏塔的安全参数、工作效率，并将安全参数、工作效率发送至所述显示模块，所述显示模块用于显示每...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘振兴，王飞，阮皓，张华永，熊伟，马川，叶一鸣，吕卫星，
申请(专利权)人：安徽中核桐源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：