本发明专利技术涉及一种浓缩富集稳定同位素2H、18O、13C的方法和装置，将分别含有稳定同位素2H、18O、13C的化合物为原料经过纯化处理后，加入由多级汽液传质塔串联而成的重同位素浓缩塔组中，利用氢、氧、碳元素的轻、重同位素间的微弱蒸汽压差别，在串联的汽液传质塔组中，不断部分汽化和部分冷凝，逐步浓缩提纯相应的重同位素，本发明专利技术的各塔采用不同的操作压力，塔之间热量互相耦合利用，节约能耗30—40%以上；塔内采用由液体收集分布器、狄克松传质组件以及波纹传质组件等组成的复合结构传质组件，易于放大；大规模生产重2H，18O或13C同位素装置只需串联2-8个汽液传质塔，较同规模装置节约投资50%以上；塔之间采用简单的串联级联技术，流程简单，操作控制容易。
【技术实现步骤摘要】
—种浓缩富集稳定同位素2H、180、13C的方法和装置本专利技术涉及一种化工产品的生产方法和生产装置
，具体地说是一种浓缩富集稳定同位素2H、18o、13c的方法和装置。自然界中，氢元素共有两种稳定同位素1H(氕)，2H (氘)，原子量分别是1，2其天然丰度分别为99. 985%, O. 015% ；自然界中，氧元素存在三种稳定同位素160，170，180，其原子量分别为16，17，18，天然丰度分别为99. 76%, O. 04%, O. 20% ；自然界中，碳元素存在两种稳定同位素12C，13C原子量分别为12，13其天然丰度分别为99%，1%。上述每种同位素之间，除原子量差别外，具有几乎一样的物理性质和化学性质；另外，由于2H，180，13C的半衰期均大于IO15年，故也称为稳定同位素。相对于自然界中占绝大多数的轻同位素1H, 160,12C,同位素2H, 180,13C也成为重同位素。生产分离稳定同位素的方法有很多，早期主要有热扩散法、电解法、激光法、离心法和吸附法等，主要是年生产百克级同位素的小规模装置，用于研究领域的示踪应用；后来主要有化学交换法和精馏法等技术，年生产数公斤以上规模的装置，产品已开始用于医学、化学、生命科学等民用领域。发展到现在，主要以“热集成、高效率、大规模”为标志的化学交换法和精馏法等第三代分离浓缩技术，年生产百公斤以上同位素产品的规模，广泛应用到医学、生命科学、化学、环境科学、食品、防伪等各个领域。目前，精馏法分离浓缩技术还存在许多不足之处各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；塔内普遍采用单一的颗粒填料，不易于放大；大规模生产重2H, 18O或13C同位素的装置需要串并联几十上百个塔，投资大；塔之间(串并联)级联技术复杂，控制操作困难；系统持液量大，系统平衡时间长等。本专利技术的目的就是要解决上述的不足而提供一种浓缩富集稳定同位素2H、180、13C的方法和装置。为实现上述目的设计一种浓缩富集稳定同位素2H、180、13C的方法，其包括以下步骤I)、原料纯化将分别含有重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素的化合物为原料经过纯化处理；2 )、浓缩富集重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物将步骤I)所纯化后的化合物分别加入由多级汽液传质塔串联而成的重同位素浓缩塔组中，在每级汽液传质塔内经过多次汽液两相传热传质过程,所述每级汽液传质塔内构成初始的液相，流到塔底后会被再沸器加热汽化构成初始汽相，下行的液相和上行的汽相在复合结构传质组件中连续逆流接触，在每一小段传质组件中会因汽液两相的传热而完成一次部分汽化和一次部分冷凝，在此过程中，重同位素会因相对挥发度小在下行的液相会被逐步浓缩富集出重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物；步骤2)中所纯化后的重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物在每级汽液传质塔内经过200 - 400次汽液两相传热传质过程。步骤I)中所述含有重氢同位素的化合物为H20 (ZjC)XH2O (甲醒)、CH4 (甲烧);所述含有重氧同位素的化合物为=H2O (水)、CH2O (甲醛)、CO (一氧化碳)、NO (一氧化氮)；所述含有重碳同位素的化合物为=CH4 (甲烷)、C0 (—氧化碳)、CH20 (甲醛)。所述每级汽液传质塔的塔顶操作压力在50 — 760mmHgo所述第I级汽液传质塔的塔顶操作压力均高于第2级至最后一级汽液传质塔的塔顶操作压力，所述第2级至最后一级汽液传质塔的塔顶操作压力均相同。一种浓缩富集稳定同位素2H、180、13C的装置，包括多级串联的汽液传质塔以及物料储存罐、进料泵、多台冷凝器、多个调节阀、多台物料输送泵和出料泵，所述每级汽液传质塔由多节塔节上下叠加而成，每节塔节内设有液体收集分布器、狄克松散堆传质组件及金属波纹传质组件，最下节塔节的下方设有再沸器，所述每级汽液传质塔的顶部分别设有物料进口和蒸汽出口，底部分别设有物料出口、蒸汽进口和物料返回口，所述进料泵的进口与物料储存罐连通，所述进料泵的出口与第I级汽液传质塔的物料进口连通，所述物料输送泵、冷凝器分别设置在相邻两汽液传质塔之间，所述物料输送泵的进口连接上一级汽液传质塔的物料出口，所述物料输送泵的出口连接下一级汽液传质塔的物料进口，所述冷凝器的进口连接下一级汽液传质塔的蒸汽出口，所述冷凝器的出口连接上一级汽液传质塔的物料返回口，所述出料泵与最后一级汽液传质塔的物料出口连接，所述第I级汽液传质塔的蒸汽进口连接外界蒸汽管路，所述第2级至最后一级汽液传质塔的蒸汽进口通过管路分别连接第I级汽液传质塔的蒸汽出口。所述每台物料输送泵的出口还设有自动调节阀，所述调节阀一端与物料输送泵的出口相连通，所述调节阀另一端与与下一级汽液传质塔顶物料进口相连通，用以调节控制各级塔相应再沸器内的液位和进入下一级汽液传质塔的塔顶液体的流量。所述波纹传质组件的等板高度在2. 5cm-3. 5cm,所述狄克松散堆传质组件的等板高度在1. 5cm_2. 5cm。所述每节塔节内由上而下依次设有液体收集分布器、传质组件压环、狄克松散堆传质组件、金属波纹传质组件及支撑层。本专利技术的有益效果各塔采用不同的操作压力，即变压操作，塔之间热量互相耦合利用，节约能耗30— 40%以上；塔内采用由液体收集分布器、狄克松传质组件以及波纹传质组件等组成的复合结构传质组件，易于放大；大规模生产重2H, 18O或13C同位素装置只需串联2-8个汽液传质塔，较同规模装置节约投资50%以上；塔之间采用简单的串联级联技术，操作控制容易；由于流程简单，系统持液量小，系统平衡时间大为缩短。附图说明图1 :本专利技术的重同位素浓缩塔组流程示意图；图2 :本专利技术的浓缩塔组中第Tk级汽液传质塔结构示意图；图3 :本专利技术的高丰度2H2O浓缩生产工艺流程框图4 :本专利技术的高丰度H218O浓缩生产工艺流程框图；图5 :本专利技术的高丰度13CO2浓缩生产工艺流程框图。下面结合附图对本专利技术作以下进一步说明如图1所示，含2H,或180，或13C为天然丰度的原料经纯化后储存在物料储存罐1，由进料泵2输送，且经调节阀3计量以一定流量进入第Tl级汽液传质塔4的顶部，液体下行至塔底，在再沸器5中被蒸汽加热成汽相，加热介质为经调节阀6控制流量的外界蒸汽；下行液体与上行汽相在汽液传质组件中逆流接触，不断部分汽化和部分冷凝，重同位素在塔的下部得到第I次浓缩，第Tl级塔底利用物料输送泵7抽出部分液体，经调节阀8控制再沸器5内的液位，以一定流量送入第T2级汽液传质塔9的顶部。在T2级塔中，下行液体流至再沸器10中，被来自第Tl级塔顶部的蒸汽加热成上行汽相，来自第Tl级塔顶的(热源)蒸汽由调节阀12控制流量，在T2级塔中，下行液体与上行汽相在汽液传质组件中逆流接触，不断进行部分汽化和部分冷凝，重同位素在该塔下部得到第2次浓缩；第T2级塔顶部蒸汽进冷凝器11被冷凝成液相全部返回到第Tl级塔底的再沸器5中。第T2级塔底由物料输送泵13抽出部分液体，经调节阀14控制再沸器10内的液位，以一定的流量进入第T3级汽液传质塔的顶部，第T3汽液传质塔顶部蒸汽经冷凝后进入第T2级塔底部再沸器10中；顺序的，相同于第Tl和T2级塔的原理，重同位素得到第3次浓缩。同样，在串联的第本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种浓缩富集稳定同位素2H、18O、13C的方法，其特征在于，包括以下步骤：?1）、原料纯化?将分别含有重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素的化合物为原料经过纯化处理；?2）、浓缩富集重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物?将步骤1）所纯化后的化合物分别加入由多级汽液传质塔串联而成的重同位素浓缩塔组中，在每级汽液传质塔内经过多次汽液两相传热传质过程，所述每级汽液传质塔内构成初始的液相，流到塔底后会被再沸器加热汽化构成初始汽相，下行的液相和上行的汽相在复合结构传质组件中连续逆流接触，在每一小段传质组件中会因汽液两相的传热而完成一次部分汽化和一次部分冷凝，在此过程中，重同位素会因相对挥发度小在下行的液相会被逐步浓缩富集出重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物。
【技术特征摘要】
1.一种浓缩富集稳定同位素2H、18o、13c的方法，其特征在于，包括以下步骤 I)、原料纯化 将分别含有重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素的化合物为原料经过纯化处理； 2 )、浓缩富集重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物 将步骤I)所纯化后的化合物分别加入由多级汽液传质塔串联而成的重同位素浓缩塔组中，在每级汽液传质塔内经过多次汽液两相传热传质过程,所述每级汽液传质塔内构成初始的液相，流到塔底后会被再沸器加热汽化构成初始汽相，下行的液相和上行的汽相在复合结构传质组件中连续逆流接触，在每一小段传质组件中会因汽液两相的传热而完成一次部分汽化和一次部分冷凝，在此过程中，重同位素会因相对挥发度小在下行的液相会被逐步浓缩富集出重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物。2.如权利要求1所述的浓缩富集稳定同位素2H、180、13C的方法，其特征在于步骤2)中所纯化后的重氢同位素、重氧同位素、重碳同位素化合物在每级汽液传质塔内经过200 -400次汽液两相传热传质过程。3.如权利要求1或2所述的浓缩富集稳定同位素2H、180、13C的方法，其特征在于步骤O中所述含有重氢同位素的化合物为水、甲醛、甲烷；所述含有重氧同位素的化合物为水、甲醛、一氧化碳、一氧化氮；所述含有重碳同位素的化合物为甲烷、一氧化碳、甲醛。4.如权利要求3所述的浓缩富集稳定同位素2H、180、13C的方法，其特征在于所述每级汽液传质塔的塔顶操作压力在50 - 760mmHg。5.如权利要求4所述的浓缩富集稳定同位素2H、180、13C的方法，其特征在于所述第I级汽液传质塔的塔顶操作压力均高于第2级至最后一级汽液传质塔的塔顶操作压力，所述第2级至最后一级汽液传质塔的塔顶操作压力均相同。6.一种浓缩富集稳定...
【专利技术属性】
技术研发人员：伍昭化，伍子杰，陈永红，
申请(专利权)人：伍昭化，
类型：发明
国别省市：
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