CN101229913A - 水精馏生产双标水的方法及其富集生产双标水的精馏装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种化工产品的生产方法和生产装置，具体地说涉及一种水精馏法富集由重氢D和重氧O¹⁸构成的双标水的生产方法及其水精馏装置。本发明的精馏装置包括多级串联或多级串、并联的精馏塔，精馏塔级与级之间采用相转变连接方式构成；这种连接的方法是将塔釜的蒸汽利用压差自然输送至下级塔顶，再冷凝转变成液相进入下级塔；而下级塔顶上升蒸汽经冷凝变成液相后自流进入前级塔底。本发明由于塔釜再沸器采用了降膜蒸发，釜内始终是干的，没有液体存留，可以大大缩短平衡时间。另一方面，由于没有采用泵等转动部件，避免了因泄漏、停电、机械故障等可能造成的麻烦，保证了系统连续、可靠的运行，而这些对于同位素分离是至关重要的。

Description

水精馏生产双标水的方法及其富集生产双标水的精馏装置

技术领域

本发明涉及一种化工产品的生产方法和生产装置，具体地说涉及一种水精馏法富集由重氢D和重氧O¹⁸构成的双标水的生产方法及其水精馏装置。

背景技术

自然界中氢有2种稳定同位素：H¹(氕)、H²(氘)；氧有3种稳定同位素：O¹⁶、O¹⁷、O¹⁸。因此由2氢1氧组成的水就有9种稳定同位素分子，他们都以不同比例存在于天然水中。由氢的重同位素H²(即D)构成的水叫重水。由氧的重同位素O¹⁸构成的水叫重氧水。由重氢重氧构成的水叫双重水或双标记水，它是水的同位素中最重的分子，美国化学文摘CA登记号：14674-67-0。CA名：Water-d2-18O。分子式：D₂O¹⁸，分子量：22。

稳定同位素无毒无害，使用安全。重氢和重氧以及用它们标记的许多氘代、氧-18代和双标化合物是研究化学反应、化学结构、化学键性质的重要工具。因此作为“标记原子”氘和氧-18都被广泛应用于化学、医药学、生物工程、环境学、地质学等各个学科。

近年发展起来的PET(正电子发射断层显象)技术所用的显像剂就是由高浓度重氧水制成的。PET代表了当代最先进的核医学显像技术。PET能从分子水平提供病变信息，被称为“活体生化显像”，由于疾病的生态学改变早于形态学的改变，因此，它比CT等能更早期、准确、灵敏的诊断疾病。

天然水中D的丰度为0.015％(原子)，O¹⁸的丰度为0.2％。水精馏就是以水(天然水或重水)为原料，采用多级精馏的方法，在终端得到水的双重同位素产品D₂O¹⁸。然后将双重水分解成氘气和氧-18气，再分别与天然氧气和天然氢气化合成重水和重氧水，同时得到两种重同位素产品。当然根据需要也可以在级联的中部取出低浓度的双标水产品。

由于同位素的差别很小，分离非常困难，需要多个塔串/并联组合形成多个分离级，这就是同位素分离的级联。级与级之间的流量是收缩的，逐级减少。连接的方式有很多，但必须要保证物流连续、稳定、运行可靠。尽管在天然水中O¹⁸的丰度比D高，但O¹⁸的分离比D困难的多，因此级联的设计必须以分离O¹⁸为主，这样在经过多级分离O¹⁸浓度足够高时D的浓度也已达到“100％”。

级联传统的连接方式如图一所示：从第一塔底再沸器1v引出一股液流通过管线1b进入第二塔2a的顶部，从第二塔2a顶部引出一股气流通过管线2c返回第一塔塔底再沸器1v，以此类推。实现液流输送(通过管线1b)的方法最常用的是泵，实现气流输送(通过管线2c)的方法最常用的是鼓风机或压缩机，因为塔顶的压力低于塔底的压力，气流输送需要加压。

但是采用泵的液流输送方式，有很多缺点：

1.塔釜要保证有一定的液位。增加了很多滞液量，延长了分离到达平衡的时间；

2.转动部件(泵、鼓风机)不可避免的会发生机械故障、物料泄漏等；偶然的停电、闪电等等这些对连续稳定的运行会造成严重威胁；

3.泵的输送量是根据塔釜的液面高度来进行调节的，需要比较复杂的控制调节系统。

4.对于级联的后级，适用的高扬程、特小流量(100-500克/小时)的泵很难实现，而且性能也不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水精馏法富集由重氢D和重氧O¹⁸构成的双标水的生产方法及其以相转变连接方式连接的水精馏装置。

为此，本发明提供一种精馏生产双标水的方法，包括以下步骤：

(1)以天然水或重水为原料水，将其置于高位槽中，高位槽中的原料水从包括多级串联或多级串、并联的精馏塔精馏装置中的第一级精馏塔(1a)的上部原料口进入第一级精馏塔中，将原料水进行连续真空精馏；

(2)从第一级精馏塔顶部出来的水蒸汽，通过第一级精馏塔的第一冷凝器冷凝成冷凝水，其一部分的冷凝水作为同位素剥淡产品排出；其另一部分冷凝水利用位差由管线从第一级精馏塔的顶部侧面回流口返回到第一级精馏塔中；第一级精馏塔塔釜的塔底水蒸汽出口处出来的水蒸汽利用精馏塔的塔底压力高、精馏塔的塔顶压力低的压力差，通过管路进入第一级精馏塔的第二冷凝器中，冷凝成冷凝水，其中主要部分冷凝水由管线从第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的顶部侧面进料口进入第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔中，另一部分通过管路利用位差返回到第一级精馏塔的塔釜中；

(3)从第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的顶部出来的水蒸汽通过第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的第一冷凝器得到的冷凝水利用位差作为上一级精馏塔即第一级精馏塔的返料，返回到上一级精馏塔即第一级精馏塔的塔釜中；从第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔塔釜的塔底水蒸汽出口出来的水蒸汽利用精馏塔的塔底的压力高、精馏塔的塔顶的压力低的压力差，通过管路进入第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的第二冷凝器中，冷凝成冷凝水，其中主要部分冷凝水由管线从第二级精馏塔的下一级精馏塔即第三级精馏塔的顶部侧面进料口进入第二级精馏塔的下一级精馏塔即第三级精馏塔中，另一部分通过管路利用位差返回到第二级精馏塔的塔釜中；以下各级的精馏塔的操作方法同第二级精馏塔的操作方法，直到从最后一级精馏塔的塔釜的产品出口生产出双标水。

各级精馏塔的第二冷凝器冷凝生成所说的其中的一部分冷凝水为冷凝水总量的重量百分数的80-95％作为下一级精馏塔的进料，从下一级精馏塔的顶部侧面进入下一级精馏塔中，所说的其中的另一部分冷凝水为冷凝水总量的重量百分数的5-20％通过管路利用压力差返回上一级精馏塔的塔底的塔釜中，所说的塔釜为再沸器。

各级精馏塔塔顶操作压力以稳定控制在绝压80-100毫米汞柱，塔顶温度控制在45-55℃为佳；各级精馏塔塔底操作压力以稳定控制在绝压200-450毫米汞柱，塔底温度控制在65-87℃为佳。

第二级至第五级其中一级的精馏塔的塔釜侧面设有中间出口，生产浓度为10-15％原子百分数的双标水。

较低浓度(浓度为10-15％原子百分数)的双标记水广泛应用在人体的能量代谢测定上，即氢氧重同位素双标记示踪方法(DLW)。人或动物喂食一定剂量的H-2(氘)和O-18双标记的水之后，H-2从体内以水的形式排出，O-18则以水和二氧化碳的形式排出，以一定的时间间隔取样测定排出体外的同位素速率，就可测出代谢状态。

将双标水转化可以同时得到重水D₂O和重氧水H₂O¹⁸两种产品，转化的第一步为分解：将双重水通过分解反应生成氘气和氧-18气，反应为：

通常采用电解的方法将双标水分解成氘气和氧-18气，可采用市售或自制的电解槽。

转化的第二步为合成：将氘气和氧-18气分别和天然氧气和天然氢气化合成重水和重氧水，反应为：

合成反应可以采用燃烧或Pt催化合成的方法，分别将电解产生的氘气和钢瓶氧气、氧-18气和钢瓶氢气化合成重水和重氧水。为了完全的、无稀释的完成双重水的转化，电解槽设计应避免氢氧混合、减少雾沫夹带。电解产生的气体要充分脱水、净化。合成反应要完全。

所述的第一级精馏塔的塔顶出来的水蒸汽通过第一冷凝器冷凝成水，一部分冷凝水作为塔顶同位素剥淡产品，从系统排出；其另一部分冷凝水利用位差从第一级精馏塔的顶部侧面回流口返回到第一级精馏塔中。第一级精馏塔以后的各塔均无剥淡产品，各级精馏塔间采用相转变连接的方式相连。所说的塔顶同位素剥淡产品即为塔顶废料。

所谓的相转变连接方式就是改变传统的级与级之间的流体输送方式：比如前级塔釜向后级塔顶传统采用泵的液体输送，现改为气体输送：即将塔釜的蒸汽利用压差自然输送至下级塔顶，再冷凝转变成液相进入下级塔；而后级塔顶向前级塔釜传统采用气体输送，现改为液体输送：即下级塔顶上升蒸汽经冷凝变成液相后自流进入前级塔底。这种连接的优点在于：塔釜再沸器采用了降膜蒸发，釜内始终是干的，没有液体存留，可以大大缩短平衡时间。另一方面，由于没有采用泵等转动部件，避免了因泄漏、停电、机械故障等可能造成的麻烦，保证了系统连续、可靠的运行。

本发明还提供了一种富集生产双标水的精馏装置，具体如下：

(1)包括多级串联或多级串、并联的精馏塔，高位槽，最后一级精馏塔仅有第一冷凝器外，其他各级的精馏塔具有第一冷凝器和第二冷凝器，各级精馏塔的底部均设有塔釜；

(2)第一级精馏塔的上部设有原料口，高位槽的出口与第一级精馏塔的上部原料口相连接，在原料口的上部塔顶侧面设有回流口，原料口至回流口之间为剥淡段；

(3)第一级精馏塔的第一冷凝器的底部分别与第一级精馏塔的顶部侧面回流口及排出同位素剥淡产品的管线相连接，其第一冷凝器的顶部与第一级精馏塔的顶部相连接，第一级精馏塔的塔釜侧面与第一级精馏塔的第二冷凝器的顶部相连接，其第二冷凝器的底部分别与第一级精馏塔的塔釜底部的返料口和第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的顶部侧面的进料口相连接；

(4)除第一级精馏塔和最后一级精馏塔以外的各级精馏塔中的每一级精馏塔的第一冷凝器的顶部与同一级精馏塔顶部相连接，其第一冷凝器的底部与上一级精馏塔的塔釜底部相连接，其每一级精馏塔的第二冷凝器的顶部与同一级精馏塔塔底的塔釜侧面相连接，其第二冷凝器的底部分别与同一级精馏塔的塔釜底部的返料口和下一级精馏塔顶部侧面进料口相连接；

(5)最后一级的精馏塔仅有第一冷凝器，其顶部与最后一级的精馏塔的顶部相连接，其底部与上一级精馏塔的塔釜底部相连接，最后一级精馏塔的塔釜侧面设有双标水出口；可以在其出口处增加一个冷凝器，生产出的双标水经冷凝后得双标水产品。

(6)各级精馏塔的塔顶均设有水蒸气出口，除第一级精馏塔外，各级精馏塔的顶部侧面均设有进料口，第一级精馏塔的顶部侧面设有回流口；除最后一级精馏塔外，各级精馏塔的塔釜侧面均设有塔底水蒸汽出口，其塔的塔釜底部均设有返料口。

第一级精馏塔的原料口至回流口之间为剥淡段，其原料口至水蒸汽出口间为提浓段；除第一级精馏塔外的各级精馏塔无剥淡段，也无回流口，只有提浓段。

本发明的精馏装置还可在第一级精馏塔的高位槽前面设有进料泵，原料水由进料泵泵入高位槽。

在本发明装置的第二级至第五级其中一级的精馏塔的塔釜侧面设有中间出口，用于生产较低浓度的双标水(即浓度为10-15％原子百分数的双标水)。

所说的塔釜即为再沸器，再沸器以采用列管式蒸发器为佳，塔为干釜操作，塔釜内不存液。

所述的精馏装置各精馏塔塔径和通量逐级减小而根据不同塔径分别装填各种高效填料，可以为丝网波纹填料或丝网θ环填料，其中丝网波纹填料以下列填料为佳：

(1)CY型丝网波纹填料，材质：磷青铜，比表面积：800-1200m²/m³；

(2)梯型波纹填料(中国专利号：CN1686604A)。该填料与传统波纹填料相比，在φ50-100塔内，压降平均降低28-35％，传质效率平均提高16-13％；

其中丝网θ环填料以φ4×4-φ2.5×2.5丝网θ环填料为佳，其材质为：磷青铜，其比表面积为：1800-2300m²/m³。

所说的多级为3-10级，一级可以是一个精馏塔或2至4个并联的精馏塔。

本发明精馏塔的其他结构是本领域技术人员所公知。

本发明的有益效果在于，经过研究发现，本发明提供一种相转变的连接方式，利用塔釜压力大于塔顶压力这一原理，使第一塔塔釜的蒸汽利用压差自然输送至下级塔顶，再冷凝转变成液相进入下级塔。而下级塔顶上升蒸汽经冷凝变成液相后利用重力自流进入前级塔底。这种联接的优点在于：塔釜采用了降膜蒸发，釜内始终是干的，没有液体存留，可以大大缩短平衡时间。另一方面，由于没有采用泵等转动部件，物料输送避免了电的使用，回避了停电、机械故障、物料泄漏等可能造成的麻烦，而带来运行上特别的稳定、可靠。这种连接方式已经成功的应用在工厂实践中。

附图说明：

图1是水精馏分离同位素装置的传统流程示意图。

图2是本发明采用的双标水装置的相转变连接流程示意图。

图3是本发明实施例1中级联塔各同位素组份浓度分布。

图4是本发明实施例3中9个塔串/并级联示意图。

图5是本发明精馏塔的基本结构示意图，其中图5-1是第一级精馏塔的结构示意图；图5-2是各中间级精馏塔的结构示意图；图5-3是最后一级精馏塔的结构示意图。

图1中，1a-na精馏塔；1b-(n-1)b液相管线；2c-nc蒸汽管线；1d-(n-1)d泵；1f蒸汽管线；1g塔顶冷凝器；2g-ng鼓风机；1k回流管线；1m废料管线；np产品出口；1s高位槽；1t原料水管线；1v-nv塔釜(即再沸器)。

图2中，1a-na精馏塔；1b-(n-1)b塔底蒸汽管线；1c-(n-1)c第二冷凝器；1d-(n-1)d进料管线；1e-(n-1)e溢流管线；1f-nf塔顶蒸汽管线；1g-ng第一冷凝器；2h-nh返料管线；1k回流管线；1m废料管线；3p中间出口；np产品出口；1s高位槽；1t原料水管线；1v-nv塔釜(即再沸器)。

图4中，T11、T12、T13、T14为第一级塔；T21、T22为第二级塔；T3为第三级塔；T4为第四级塔；T5为第五级塔。

图5中，A₀回流口；A₁原料口；A₂-A_n进料口；B₁-B_n塔顶水蒸气出口；C₁-C_n塔底水蒸汽出口；D₁-D_n-1返料口；w剥淡段；s提浓段；1v-nv塔釜(即再沸器)。

具体实施方式

参见图2，结合图3、图5说明本发明的工作流程和结构。

图2是本发明精馏装置的基本组成和串联各精馏塔说明本发明采用相转变连接方式的流程示意图。

本发明的精馏装置包括精馏塔1a、2a、3a…na；塔釜即为再沸器1v、2v、3v…nv；第一冷凝器1g、2g、3g…ng；第二冷凝器1c、2c、3c…(n-1)c；高位槽1s。

如图5所示，本发明的精馏装置的各级精馏塔的塔顶均设有塔顶水蒸气出口B₁-B_n，第二级至最后一级的各级精馏塔的顶部侧面均设有进料口A₂-A_n，第一级精馏塔1a的上部设有原料口A₁，在原料口A₁的上部塔顶侧面设有回流口A₀。除最后一级精馏塔外，各级精馏塔的塔釜侧面均设有塔底水蒸汽出口C₁-C_n，其塔的塔釜底部均设有返料口D₁-D_n-1。第一级精馏塔的原料口A₁至回流口A₀之间为剥淡段w，其原料口A₁至水蒸气出口间为提浓段s；在除第一级精馏塔外的各级精馏塔无剥淡段，也无回流口，只有提浓段s。

高位槽1s的出口通过管线1t与第一级精馏塔1a的上部原料口A₁相连接。第一级精馏塔1a的第一冷凝器1g的底部通过管线1k与第一级精馏塔的顶部侧面回流口A₀相连接，且其第一冷凝器1g的底部还通过管线1m将同位素剥淡产品排出。第一级精馏塔1a的第一冷凝器1g的顶部与第一级精馏塔1a顶部的塔顶水蒸气出口B₁通过管线1f相连接，第一级精馏塔1a的塔釜侧面的塔底水蒸汽出口C₁与第一级精馏塔1a的第二冷凝器1c的顶部通过管线1b相连接，其第二冷凝器1c的底部通过管线1e与第一级精馏塔1a的塔釜1v底部返料口D₁相连接且第二冷凝器的底部还通过管线1d与第二级精馏塔2a顶部侧面进料口A₂相连接。除第一级精馏塔1a和最后一级精馏塔na以外的各中间级精馏塔连接方式相同，以第二级精馏塔2a为例：第二级精馏塔2a的第一冷凝器2g的顶部通过管线2f与第二级精馏器顶部的水蒸汽出口B₂相连接，其第一冷凝器2g的底部通过管线2h与第一级精馏塔1a的塔釜1v底部返料口D₁相连接；第二级精馏塔2a的第二冷凝器2c的顶部通过管线2b与第二级精馏塔2a的塔釜侧面的塔底水蒸汽出口C₂相连接，其第二冷凝器的底部通过管线2e与第二级精馏塔2a的塔釜2v底部返料口D₂相连接，且第二冷凝器的底部通过管线2d与第三级精馏塔3a顶部侧面进料口A₃相连接。

最后一级精馏塔na仅有第一冷凝器ng，第一冷凝器ng顶部与最后一级的精馏塔顶部的塔顶水蒸汽出口B_n相连接，其底部与上一级精馏塔的塔釜(n-1)v底部返料口D_n-1相连接，最后一级精馏塔的塔釜nv侧面设有双标水出口np。

本发明的精馏生产双标水的方法为高位槽1s中的原料水经过管线1t进入第一级精馏塔1a的上部原料口A₁，将原料水进行连续真空精馏，从第一级精馏塔1a的顶部出来的水蒸汽，通过管线1f进入第一冷凝器1g冷凝成水，其主要部分冷凝水利用位差通过管线1k进入塔1a的顶部侧面回流口A₀，另一部分作为塔顶废料通过管线1m排出。

相转变连接方式如下所述：第一级精馏塔1a塔釜1v的水蒸汽出口C₁出来的水蒸汽利用精馏塔的塔底的压力高、精馏塔的塔顶的压力低的压力差通过管线1b进入第二冷凝器1c，冷凝成冷凝水，其中的主要部分冷凝水通过管路1d进入第二级精馏塔2a作为第二级精馏塔2a的进料，另外一小部分通过管线1e溢流返回和管线2h会合进入第一级精馏塔1a的塔釜1v中。第二级精馏塔2a塔顶水蒸汽出口B₂出来的水蒸汽通过管线2f进入第一冷凝器2g，冷凝成冷凝水，经冷凝后的冷凝水通过管线2h进入第一级精馏塔1a的塔釜1v中。从第二级精馏塔2a塔釜2v的水蒸汽出口C₂出来的水蒸汽通过管路2b进入第二级精馏塔2a的第二冷凝器2c中，冷凝成冷凝水，其中主要部分冷凝水通过管路2d进入第三级精馏塔3a作为第三级精馏塔3a的进料，另外一小部分冷凝水通过管线2e溢流返回和管线3h会合进入第二级精馏塔2a的塔釜2v中。以下各级的精馏塔的连接方法同第二级精馏塔，直到从最后第n级精馏塔na的塔釜nv的出口处通过管线np生产出双标水。

在级联塔的第2级-第5级的其中一级精馏塔的底部侧面可安装中间出口，如图2所示，在第3级塔的底部侧面设置中间出口3p取出浓度稍低的双标水作为低浓度产品。

每级精馏单元的塔釜直接连接在塔的底部，采用列管式降膜蒸发设计，再沸器内没有液体存留，大大降低了液体的滞液量，缩短了平衡时间。

如图4所示，本发明的精馏装置采用串、并联组合的示意图，各级精馏塔之间的连接方式同图2所示的精馏塔连接方式。

下面结合实施例对本发明的方法作进一步的说明：

实施例1

由六个塔组成的级联装置，采用如图2所示的流程，原料为天然水，其中含氘0.015％、含O¹⁸为0.2％。原料水由原料泵泵入原料高位槽，以每分钟800克的速度进入第一级精馏塔1a的中部，从第一塔1a顶出来的水蒸汽经冷凝后，一部分作为回流进入第一塔1a的顶部，其余几乎与原料等量的O¹⁸剥淡的“废水”排出系统。塔釜1v～6v采用列管式降膜蒸发器。各级精馏塔1a～6a的塔内径、填料类型、填料高度、操作条件以及塔底产品浓度如表1所示。经过连续运行系统同位素集累达到平衡后，从第4级塔4a塔底得到低浓度双标水，其中氘浓度为23％，氧-18浓度为13％；从第6级塔6a塔底得到高浓度双标水，其中氘浓度为99％，氧-18浓度为98％。

表1

塔编号	1	2	3	4	5	6
							塔径(mm)	360	310	230	150	110	60
填料高度(m)	18	18	18	18	18	18
							填料类型	CY型丝网波纹	CY型丝网波纹	丝网梯形	丝网梯形	φ4×4θ网环	φ2.5×2.5θ网环
塔顶压力(mmHg)	90	90	90	90	90	90
							塔底压力(mmHg)	220	225	230	235	290	340
塔顶温度(℃)	49.6	49.6	49.6	49.6	49.6	49.6
							塔底温度(℃)	68.6	69.1	69.6	70.1	75.1	79.3
底D浓度(％atm)	0.06	0.55	2.6	23	90	99.0
							底O18浓度(％atm)	0.31	0.65	2.0	13.0	70.0	98.0
底O17浓度(％atm)	0.04	0.10	0.21	0.40	0.29	0.05
							底O16浓度(％atm)	99.65	99.25	97.79	86.60	29.71	1.95

图3表示本例中级联塔各同位素组份浓度分布。图的左部表示多塔串联的塔可以看作是头尾相连、塔径逐级变细的一个塔。图的右部表示随N增加各同位素组份浓度的变化。图的横坐标表示同位素浓度，其中氧-17浓度坐标放大了10倍；纵坐标表示理论塔板数N。从图中可以看出随N增加，重同位素D、O-18浓度增加直到接近100％，轻同位素O-16浓度减少。而O-17两头小中间大，在级联的中部浓度达到最大值(0.45％)。整个系统O-17浓度不会超过0.45％。本实施例所说的浓度为原子百分浓度。

实施例2

由四个塔组成的级联装置，采用如图2所示的流程，原料为重水，其中含氘99.8％、含O¹⁸为0.5％。原料重水由原料泵泵入原料高位槽，以每小时430克的速度进入第一级精馏塔1a的中部，从第一塔1a顶出来的水蒸汽经冷凝后一部分作为回流进入第一塔1a的顶部，其余几乎与原料等量的“废水”排出系统。塔釜1v～4v采用列管式降膜蒸发器。各级精馏塔1a～4a的塔内径、填料类型、填料高度、操作条件以及塔底产品浓度如表2所示。经过580天的连续运行，系统同位素集累达到平衡，从第4级塔4a塔底得到产品双重水，其中氘浓度接近“100％”，氧-18浓度超过97.0％。本实施例所说的浓度为原子百分浓度。

表2

	第一精馏塔	第二精馏塔	第三精馏塔	第四精馏塔
					塔内径(mm)	125	100	89	25
填料高度(m)	18	18	15	15
					填料类型	CY型丝网波纹	CY型丝网波纹	φ4×4θ网环	φ2.5×2.5θ网环
塔顶压力(mmHg)	100	100	100	100
					塔底压力(mmHg)	200	250	280	320
塔顶温度(℃)	51.5	51.5	51.5	51.5
					塔底温度(℃)	66.4	71.6	74.2	77.4
塔底D浓度(％atm)	100	100	100	100
					塔底O18浓度(％atm)	2.0	15.0	80.0	97.0

实施例3

在精密精馏中，塔径越小分离效率越高。为了提高分离效率，减少级数，前级往往采用几个直径更小的塔相并联。本实施例是由9个塔串/并组成的5级。其级联方式如图4所示：T11、T12、T13、T14四个塔两两并联组成第一级，这四塔采用同一规格、同一操作条件；T21、T22两个塔并联组成第二级。这两塔采用同一规格、同一操作条件；T3、T4、T5分别为第3、4、5级。级和级之间的连接仍然采用图2所示的流程，只是T11、T12底出来的蒸汽混合后经冷凝共同进入T21。(也可以分别冷凝后再混合)T21顶出来的蒸汽经冷凝后等分成两股分别入T21、T22塔底。其余类推。原料为天然水，其中含氘0.015％含O¹⁸为0.2％。原料水由原料泵泵入原料高位槽，以每塔、每小时10千克的速度进入第一级4个塔的中部，从第一级4个塔顶出来的蒸汽经冷凝后，一部分作为回流进入各塔的顶部，其余“废水”排出系统。本例各级精馏塔的塔内径、填料类型、填料高度、操作条件以及塔底产品浓度如表3所示。经过连续运行，系统同位素集累达到平衡后，从第5级塔塔底得到产品双重水，其中氘浓度超过99.0％，氧-18浓度超过98.0％。本实施例所说的浓度为原子百分浓度。

表3

第1级

第2级

第3级

第4级

第5级

塔的数目	4	2	1	1	1
						塔编号	T11，T12，T13，T14	T21，T22	T3	T4	T5
塔内径(mm)	125	125	100	70	40
						填料高度(m)	18	18	18	18	18
填料类型	CY型丝网波纹	CY型丝网波纹	CY型丝网波纹	φ4×4θ网环	φ2.5×25θ网环
						塔顶压力(mmHg)	80	80	80	80	80
塔底压力(mmHg)	220	220	220	280	330
						塔顶温度(℃)	47.5	47.5	47.5	47.5	47.5
塔底温度(℃)	68.6	68.6	68.6	74.2	74.5
						底D浓度(％atm)	0.5	2.0	15.0	72.0	98.0
底O18浓度(％atm)	0.07	2.6	25.0	90.0	99.0

实施例4

所用设备及生产方法基本同实施例1，唯有不同的是，在最后一级精馏塔的塔釜出口处增加一个冷凝器，生产出的双标水经冷凝后得双标水产品。

Claims (12)

1.一种精馏生产双标水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)以天然水或重水为原料水，将其置于高位槽中，高位槽中的原料水从包括多级串联或多级串、并联的精馏塔精馏装置中的第一级精馏塔的上部原料口进入第一级精馏塔中，将原料水进行连续真空精馏；

(2)从第一级精馏塔顶部出来的水蒸汽，通过第一级精馏塔的第一冷凝器冷凝成冷凝水，其一部分的冷凝水作为同位素剥淡产品排出；其另一部分冷凝水利用位差由管线从第一级精馏塔的顶部侧面回流口返回到第一级精馏塔中；第一级精馏塔塔釜的塔底水蒸汽出口处出来的水蒸汽利用精馏塔的塔底压力高、精馏塔的塔顶压力低的压力差，通过管路进入第一级精馏塔的第二冷凝器中，冷凝成冷凝水，其中主要部分冷凝水由管线从第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的顶部侧面进料口进入第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔中，另一部分通过管路利用位差返回到第一级精馏塔的塔釜中；

(3)从第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的顶部出来的水蒸汽通过第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的第一冷凝器得到的冷凝水利用位差作为上一级精馏塔即第一级精馏塔的返料，返回到上一级精馏塔即第一级精馏塔的塔釜中；从第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔塔釜的塔底水蒸汽出口出来的水蒸汽利用精馏塔的塔底的压力高、精馏塔的塔顶的压力低的压力差，通过管路进入第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的第二冷凝器中，冷凝成冷凝水，其中主要部分冷凝水由管线从第二级精馏塔的下一级精馏塔即第三级精馏塔的顶部侧面进料口进入第二级精馏塔的下一级精馏塔即第三级精馏塔中，另一部分通过管路利用位差返回到第二级精馏塔的塔釜中；以下各级的精馏塔的操作方法同第二级精馏塔的操作方法，直到从最后一级精馏塔的塔釜的出口生产出双标水。

2.根据权利要求1所述的一种精馏生产双标水的方法，其特征在于，各级精馏塔的第二冷凝器冷凝生成所说的其中的主要部分冷凝水为冷凝水总量的重量百分数的80-95％作为下一级精馏塔的进料，从下一级精馏塔的顶部侧面进入下一级精馏塔中，所说的其中的另一部分冷凝水为冷凝水总量的重量百分数的5-20％通过管路利用压力差返回上一级精馏塔的塔底的塔釜中，所说的塔釜为再沸器。

3.根据权利要求1所述的一种精馏生产双标水的方法，其特征在于，各级精馏塔塔顶操作压力稳定控制在绝压80-100毫米汞柱，塔顶温度为45-55℃。

4.根据权利要求1所述的一种精馏生产双标水的方法，其特征在于，各级精馏塔塔底操作压力稳定控制在绝压200-450毫米汞柱，塔底温度为65-87℃。

5.根据权利要求1所述的一种精馏生产双标水的方法，其特征在于，在第二级至第五级其中一级的精馏塔的塔釜侧面设有中间出口，生产浓度为10-15％原子百分数的双标水。

6.一种富集生产双标水的精馏装置，其特征在于，

(1)包括多级串联或多级串、并联的精馏塔，高位槽，最后一级精馏塔仅有第一冷凝器外，其他各级的精馏塔具有第一冷凝器和第二冷凝器，各级精馏塔的底部均设有塔釜；

(2)第一级精馏塔的上部设有原料口，高位槽的出口与第一级精馏塔的上部原料口相连接，在原料口的上部塔顶侧面设有回流口，原料口至回流口之间为剥淡段；

(3)第一级精馏塔的第一冷凝器的底部分别与第一级精馏塔的顶部侧面回流口及排出同位素剥淡产品的管线相连接，其第一冷凝器的顶部与第一级精馏塔的顶部相连接，第一级精馏塔的塔釜侧面与第一级精馏塔的第二冷凝器的顶部相连接，其第二冷凝器的底部分别与第一级精馏塔的塔釜底部的返料口和第一级精馏塔的下一级精馏塔即第二级精馏塔的顶部侧面的进料口相连接；

(4)除第一级精馏塔和最后一级精馏塔以外的各级精馏塔中的每一级精馏塔的第一冷凝器的顶部与同一级精馏塔顶部相连接，其第一冷凝器的底部与上一级精馏塔的塔釜底部相连接，其每一级精馏塔的第二冷凝器的顶部与同一级精馏塔塔底的塔釜侧面相连接，其第二冷凝器的底部分别与同一级精馏塔的塔釜底部的返料口和下一级精馏塔顶部侧面进料口相连接；

(5)最后一级的精馏塔仅有第一冷凝器，其顶部与最后一级的精馏塔的顶部相连接，其底部与上一级精馏塔的塔釜底部相连接，最后一级精馏塔的塔釜侧面设有双标水出口；

(6)各级精馏塔的塔顶均设有塔顶水蒸气出口，除第一级精馏塔外，各级精馏塔的顶部侧面均设有进料口，第一级精馏塔的顶部侧面设有回流口；除最后一级精馏塔外，各级精馏塔的塔釜侧面均设有塔底水蒸汽出口，其塔的塔釜底部均设有返料口。

7.根据权利要求6所述的一种富集生产双标水的精馏装置，其特征在于，在第一级精馏塔的高位槽前面还设有进料泵。

8.根据权利要求6所述的一种富集生产双标水的精馏装置，其特征在于，所说的塔釜为再沸器。

9.根据权利要求8所述的一种富集生产双标水的精馏装置，其特征在于，所说的再沸器为列管式蒸发器。

10.根据权利要求6所述的一种富集生产双标水的精馏装置，其特征在于，各精馏塔中所装填的高效填料为丝网波纹填料或丝网θ环填料。

11.根据权利要求6所述的一种富集生产双标水的精馏装置，其特征在于，所说的多级为3-10级。

12.根据权利要求11所述的一种富集生产双标水的精馏装置，其特征在于，所说的一级可以是一个精馏塔或2至4个并联的精馏塔。

Images