CN107684828A - 一种高纯氧十六的精馏装置 - Google Patents

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高云虎
沈佳宇
江波
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徐武双
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Abstract

本发明公开了一种高纯氧十六的精馏装置，包括竖直放置的一级或多级串联的精馏塔，所述精馏塔由塔顶冷凝器、塔底再沸器和精馏柱组成，各级精馏塔之间分别通过上升管道和回流管线连接；所述精馏塔的级数为1‑21，1‑20级中任一级的所述精馏塔上设有进料口。本发明的一种高纯氧十六的精馏装置可以分离得到浓度范围为99.9％‑99.999％的高纯氧十六产品，结构简单，分离效率高，可适用于不同工质，运行稳定可靠，可用于工业生产。

Description

一种高纯氧十六的精馏装置
技术领域
本发明涉及同位素分离技术领域，尤其涉及一种高纯氧十六的精馏装置。
背景技术
自然界中，氧有16O、17O、18O三种稳定同位素，其天然丰度分别为99.759％、0.037％和0.204％，其中氧十八同位素主要用于正电子断层扫描技术(PET/CT)，氧十七同位素主要用于核磁成像技术(MRI)，氧十六同位素可用于生产放射性同位素氮十三等科研用途。
人们为了得到高浓度的氧十八同位素，分别开发出了水精馏技术、CO低温精馏技术、NO低温精馏技术、O2低温精馏技术。这些技术分别利用H2 16O/H2 18O、C16O/C18O、N16O/N18O和16O16O/16O18O等分离工质对相对挥发度的不同进行分离。由于这些体系的分离系数都极小，需要上千个理论级进行分离，故需要设计若干个塔进行级联操作才能得到98％的高浓度氧十八同位素产品。
氧十七同位素是第二种被分离出的氧同位素产品，目前只有水精馏技术实现了对氧十七同位素的分离。由于H2 17O的饱和蒸汽压曲线介于H2 16O和H2 18O之间，且H2 16O和H2 17O的分离系数比H2 16O和H2 18O的分离系数还要小，17O的天然丰度又只有0.037％，导致氧十七同位素的分离难度比氧十八同位素的分离难度还要大。
高纯的氧十六同位素(99.9％～99.999％)对于推动科学研究意义重大，但是目前高纯氧十六同位素的分离方法还没有研究记载。
精馏法分离氧同位素主要依靠不同氧同位素标记的分子在相同温度下相对挥发度的不同进行分离，该相对挥发度以分离系数α作为表征。以水分子为例，在40℃-90℃条件下达到气液相平衡状态时，气相中H2 16O的含量比液相中H2 16O的含量高，而气相中H2 18O的含量比液相中H2 18O的含量低，也就是说比较“重”的H2 18O在液相中富集，而比较“轻”的H2 16O在气相中富集。而单级的分离效果极小，需要几百至几千个理论级串联起来才能从99.759％天然氧十六丰度的原料中富集得到99.9％～99.999％的高纯氧十六产品。而单个精馏塔难以提供如此多的理论级数，在实际工作中经常需要两个甚至几个塔串联操作。
对于精馏过程，如果整套设备为连续进出料，且各处浓度不随时间变化，则称此设备为稳态操作、连续生产；如果整套设备一次进料后，只从塔底取料或只从塔顶取料，各处浓度随时间不断变化，则称此设备为间歇精馏。连续生产的好处是工况稳定，产品质量稳定，易实现自动化，劳动强度低；间歇生产的好处是设备成本低，生产计划灵活。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提出一种高纯氧十六的精馏装置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高纯氧十六的精馏装置，包括竖直放置的一级或多级串联的精馏塔，所述精馏塔由塔顶冷凝器、塔底再沸器和精馏柱组成，各级精馏塔之间分别通过上升管道和回流管线连接；所述精馏塔的级数为1-21，1-20级中任一级的所述精馏塔上设有进料口。
进一步的，所述精馏装置的工质为水精馏体系、CO低温精馏体系、NO低温精馏体系或O2低温精馏体系。
进一步的，所述工质为水时，所述精馏塔的塔顶压力为30mmHg-500mmHg，优选为60mmHg-110mmHg；所述工质为NO/CO/O2精馏时，所述精馏塔的塔顶压力为常压。
进一步的，所述精馏塔的运行为方式为连续生产或间歇生产。
进一步的，所述精馏塔的级数为5-10。
进一步的，所述精馏装置的进料口设置在3-9级中的所述精馏塔的任一级。
进一步的，所述精馏塔的塔高为1m-100m，优选为20m-40m。
进一步的，所述精馏塔的塔径0.01m-10m，优选为0.1m-1m。
进一步的，所述精馏塔的进料量为0.01Kg/h-1000Kg/h，优选为10Kg/h-100Kg/h。
进一步的，所述精馏塔的回流比为1-1000，优选为30-100。
本发明的突出效果为：本发明的一种高纯氧十六的精馏装置可以分离得到浓度范围为99.9％-99.999％的高纯氧十六产品，结构简单，分离效率高，可适用于不同工质，运行稳定可靠，可用于工业生产。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本发明的一种高纯氧十六的精馏装置，包括竖直放置的一级或多级串联的精馏塔1，精馏塔1由塔顶冷凝器、塔底再沸器和精馏柱组成，各级精馏塔1之间分别通过上升管道2和回流管线3连接；精馏塔1的级数为1-21，1-20级中任一级的精馏塔1上设有进料口。精馏装置的工质为水精馏体系、CO低温精馏体系、NO低温精馏体系或O2低温精馏体系。工质为水时，精馏塔的塔顶压力为30mmHg-500mmHg，优选为60mmHg-110mmHg；工质为NO/CO/O2精馏时，精馏塔的塔顶压力为常压。精馏塔1的运行为方式为连续生产或间歇生产。优选的，精馏塔1的级数为5-10。精馏装置的进料口设置在3-9级中的精馏塔1的任一级。精馏塔1的塔高为1m-100m，优选为20m-40m。精馏塔1的塔径0.01m-10m，优选为0.1m-1m。精馏塔1的进料量为0.01Kg/h-1000Kg/h，优选为10Kg/h-100Kg/h。精馏塔1的回流比为1-1000，优选为30-100。
如下表1所示，是本发明实施例1-8的具体运行参数以及分离后高纯氧十六的出料浓度。
表1实施例1-实施例8运行参数及结果表
如上表1所示，本发明的一种高纯氧十六的精馏装置可以分离得到浓度范围为99.9％-99.999％的高纯氧十六产品，结构简单，分离效率高，可适用于不同工质，运行稳定可靠，可用于工业生产。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：包括竖直放置的一级或多级串联的精馏塔，所述精馏塔由塔顶冷凝器、塔底再沸器和精馏柱组成，各级精馏塔之间分别通过上升管道和回流管线连接；所述精馏塔的级数为1-21，1-20级中任一级的所述精馏塔上设有进料口。
2.根据权利要求1所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述精馏装置的工质为水精馏体系、CO低温精馏体系、NO低温精馏体系或O2低温精馏体系。
3.根据权利要求2所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述工质为水时，所述精馏塔的塔顶压力为30mmHg-500mmHg，优选为60mmHg-110mmHg；所述工质为NO/CO/O2精馏时，所述精馏塔的塔顶压力为常压。
4.根据权利要求1所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述精馏塔的运行为方式为连续生产或间歇生产。
5.根据权利要求1所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述精馏塔的级数为5-10。
6.根据权利要求1所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述精馏装置的进料口设置在3-9级中的所述精馏塔的任一级。
7.根据权利要求1所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述精馏塔的塔高为1m-100m，优选为20m-40m。
8.根据权利要求1所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述精馏塔的塔径0.01m-10m，优选为0.1m-1m。
9.根据权利要求1所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述精馏塔的进料量为0.01Kg/h-1000Kg/h，优选为10Kg/h-100Kg/h。
10.根据权利要求1所述的一种高纯氧十六的精馏装置，其特征在于：所述精馏塔的回流比为1-1000，优选为30-100。
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