CN115968317A - 稳定同位素浓缩装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种能量效率高、能够降低设备成本的稳定同位素浓缩装置，本发明提供一种稳定同位素浓缩装置(100)，其具备多个蒸馏塔级联连接的蒸馏塔组，蒸馏塔组具有由一个以上的板式塔构成的板式塔组和由一个以上的填充塔构成的填充塔组，填充塔组位于板式塔组的二次侧。
Description
技术领域
本发明涉及一种稳定同位素浓缩装置。
背景技术
作为分离自然界中仅存在极少的稳定同位素的方法，已知有热扩散分离、离心分离、激光分离、化学交换分离、蒸馏分离等分离方法。在这些分离方法中，由于蒸馏分离面向轻元素的批量生产，例如作为工业性氧的稳定同位素分离方法，采用水的蒸馏分离和氧的蒸馏分离。
作为利用蒸馏的稳定同位素的分离方法的特征，可以举出由于分离系数非常接近1，因此为了得到高浓度的稳定同位素，需要数千左右的理论级数这点。但是，由于蒸馏塔的高度有限制，所以需要将蒸馏塔分割成多个，将分割后的这些多个蒸馏塔串联连接(以下也称为“级联连接”)。
蒸馏塔主要有设置搁板的蒸馏塔(以下称为“板式塔”)和填充有填料的蒸馏塔(以下称为“填充塔”)。进而，填充塔有填充有规则填料的规则填充塔和填充有不规则填料的不规则填充塔这两种。
迄今为止，在稳定同位素浓缩装置中，为了抑制蒸馏塔的高度，多采用不规则填充塔。在专利文献1中，利用使用不规则填充塔的一氧化氮蒸馏实施氧同位素的浓缩。
不规则填充塔根据填料的比表面积的大小具有高分离性能。特别是在50mm以下的小塔径的不规则填充塔中，H.E.T.P.(相当于理论级的高度)为几十mm左右(非专利文献1)。这里，H.E.T.P.是表示填料的蒸馏性能的指标，H.E.T.P.的值越小，分离性越优异。
在使用蒸馏塔的稳定同位素的浓缩中，在增加稳定同位素的产品量时，需要增大蒸馏塔的塔径。
但是，在不规则填充塔中，对大塔径的塔填充小粒径的填料的情况下，压力损失变得非常大，另外，气液的流动容易产生偏差。因此，通常不规则填充塔的塔径与填料的每一粒子的粒径之比有限制。由此，不规则填充塔的塔径越大，则填料的比表面积越小，H.E.T.P.变大。在非专利文献2中，记载有各种不规则填料的H.E.T.P.的数据，塔径为50mm的情况下，H.E.T.P.为15～60mm，塔径为108mm的情况下，H.E.T.P.为100mm左右，塔径为208mm的情况下，H.E.T.P.为100mm以上(具体为150mm～200mm左右)。
另一方面，作为在维持H.E.T.P.的情况下增大塔径的方法，有一种方法将一个蒸馏塔分割成多个后并列连接(非专利文献3)。但是，作为上述方法的缺点，可以举出需要将冷凝器或再沸器中的任一个设置成并列连接的蒸馏塔的个数这点。因此，存在着由于冷凝器或再沸器的数量增加，导致设备成本和运转管理的繁杂度增大的问题。
由于上述的理由，能够并列连接的蒸馏塔的数量有限。因此，在现实中，即使H.E.T.P变大，也需要进行将每一塔的塔径增大的装置设计。
因此，在使用了不规则填充塔的稳定同位素浓缩装置中，在增大生产量时，每一塔的塔径变大，进而所需的蒸馏塔的个数也增加，因此存在能量效率变差的问题。
另外，不规则填充塔由于填料的比表面积较大，因此具有持液量(hold up)较大的特征。已知在利用蒸馏的稳定同位素的分离中，从装置的启动开始到产品采集开始的时间即启动运转时间较长。影响该启动运转时间的参数是持液量。因此，在使用不规则填充塔的情况下，还存在着由于启动运转时间长期化而导致运行成本提高的问题。
专利文献1：日本特开平7-148419号公报
非专利文献1：B.M.Andreev，E.P.Magomedbekov，A.A.Raitman，M.B.Pozenkevich，Yu.A.Sakharovsky and A.V.Khoroshilov，“Separation of istopes of biogenicelements in two-phase systems”(“两相体系中生物元素的组分分离”)，2007
非专利文献2：TO-TOKU Engineering Co.,Ltd.、TOWER PACKINGs产品目录、No3
非专利文献3：B.B.McInteer，“Separation Scinence and Technology”(“分离科学与技术”)，第15版，(3)，1980年，p491-508
发明内容
本发明是鉴于上述问题而完成的，其课题在于提供一种能量效率高、能够降低设备成本的稳定同位素浓缩装置。
为了解决上述课题，本发明采用以下的结构。
〔1〕一种稳定同位素浓缩装置，通过蒸馏来浓缩稳定同位素，
所述稳定同位素浓缩装置具备多个蒸馏塔级联连接的蒸馏塔组，
所述蒸馏塔组具有：
由一个以上的板式塔构成的板式塔组；和
由一个以上的填充塔构成的填充塔组，
所述填充塔组位于所述板式塔组的二次侧。
〔2〕根据〔1〕所述的稳定同位素浓缩装置，其中，所述填充塔组中的所述填充塔全部为不规则填充塔。
〔3〕根据〔1〕所述的稳定同位素浓缩装置，其中，所述填充塔组具有一个以上的规则填充塔和一个以上的不规则填充塔，
一个以上的不规则填充塔位于一个以上的规则填充塔的二次侧。
〔4〕根据〔1〕所述的稳定同位素浓缩装置，其中，所述填充塔组具有一个以上的规则填充塔和一个以上的不规则填充塔，
一个以上的规则填充塔位于一个以上的不规则填充塔的二次侧。
〔5〕根据〔1〕至〔4〕中任一项所述的稳定同位素浓缩装置，其中，所述蒸馏塔组之中，被供给原料的蒸馏塔是板式塔。
〔6〕根据〔2〕至〔5〕中任一项所述的稳定同位素浓缩装置，其中，关于所述不规则填充塔，并列连接的所述不规则填充塔的个数为20个以下。
〔7〕根据〔2〕至〔6〕中任一项所述的稳定同位素浓缩装置，其中，所述不规则填充塔的塔径为200mm以下。
本发明的稳定同位素浓缩装置，能量效率高、能够降低设备成本。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式所涉及的稳定同位素浓缩装置的主要部分的系统图。
图2是表示实施例1中使用的氧稳定同位素浓缩装置的主要部分的系统图。
图3是表示比较例1中使用的氧稳定同位素浓缩装置的主要部分的系统图。
图4是表示实施例2中使用的氧稳定同位素浓缩装置的主要部分的系统图。
图5是表示实施例3中使用的氧稳定同位素浓缩装置的主要部分的系统图。
具体实施方式
下面，关于本发明，将参照附图示出实施方式并进行详细说明。
此外，在以下说明中使用的图中，为了让人容易理解特征，有时为了方便而放大显示特征部分，各结构要素的尺寸比率等不一定与实际相同。
<稳定同位素浓缩装置>
图1是表示本发明的实施方式所涉及的稳定同位素浓缩装置的主要部分的系统图。本实施方式的稳定同位素浓缩装置100具备：多个蒸馏塔级联连接的蒸馏塔组、多个冷凝器21、多个再沸器22、原料进料线30和产品线31。
以下，将蒸馏塔组的上游侧末端起的第n个蒸馏塔称为第n蒸馏塔。
第一蒸馏塔1～第n蒸馏塔n按照塔编号的顺序级联连接。
第一蒸馏塔1～第n蒸馏塔n通过在低温下蒸馏经冷却后的稳定同位素，从而在塔顶侧浓缩沸点低的稳定同位素，在塔底侧浓缩沸点高的稳定同位素。
在第一蒸馏塔1～第n蒸馏塔n之中，被供给原料的第一蒸馏塔1的塔径最大，朝向末端塔径逐渐变小。
第一蒸馏塔1～第j-1蒸馏塔j-1分别为板式塔，第j蒸馏塔j～第n蒸馏塔n分别为填充塔。
关于填充塔组，可以考虑三种模式的结构。是全部为不规则填充塔的模式、规则填充塔的二次侧为不规则填充塔的模式、以及不规则填充塔的二次侧为规则填充塔的模式。
此外，在图1中，仅图示了第一蒸馏塔1～第n蒸馏塔n之中的作为板式塔且被供给作为原料的稳定同位素的塔的第一蒸馏塔1、作为从板式塔切换到填充塔的第一个塔的第j蒸馏塔j、以及作为采集产品的塔的第n蒸馏塔n。
另外，为了方便制图，关于并列连接的不规则填充塔，也图示了一个蒸馏塔以及各一座的冷凝器和再沸器。
如在背景技术中所说明，在不规则填充塔的情况下，如果塔径较大，则H.E.T.P.较大。
另一方面，在空气分离装置等中使用的板式塔的情况下，板间隔通常为100mm左右。
因此，在不规则填充塔中，H.E.T.P.超过100mm的情况下，可通过采用板式塔来抑制蒸馏塔的高度，其结果能够削减蒸馏数，因此能够提高能量效率。具体而言，在不规则填充塔的塔径超过200mm的情况下，优选采用板式塔。进而，更优选不规则填充塔的塔径为100mm以下。
在不规则填充塔的情况下，持液量较大。另外，由于板式塔也在各板中存在液体层，因此持液量较大。
与此相对，规则填充塔通常持液量较小，从而能够缩短启动运转时间。另外，启动运转时间是指在蒸馏塔组整体上形成浓度分布为止的时间。越接近从天然存在比的浓缩度大的“采集产品的塔”，持液量的大小对启动运转时间的影响越大。
作为在空气分离装置等中多采用的规则填料，可以举出Sulzer Chemtech Ltd.制的“带孔板波纹填料(MELLAPAK)”等，其H.E.T.P.为比表面积较大的类型，为150mm～250mm左右。
在利用蒸馏的稳定同位素浓缩装置中，塔径从位于上游侧的供给原料的塔朝向位于下游侧的采集产品的塔变小，所需的能量的大半由上游侧的蒸馏塔占据。
因此，在靠近采集产品的塔的塔中，虽然因采用规则填充塔而蒸馏塔数增加，但是能够大幅缩短启动运转时间。另外，由于增加的蒸馏塔的塔径较小，因此能够减小能量效率的降低。
因此，在本实施方式的稳定同位素浓缩装置100中，在级联连接的蒸馏塔组之中，至少对供给原料的塔采用板式塔，板式塔以外的塔采用填充有填料的填充塔。
关于填充塔组，根据能量效率和启动运转时间的设计条件，可以举出以下三种结构。
(1)所有蒸馏塔都是不规则填充塔。
(2)具有一个以上的规则填充塔和一个以上的不规则填充塔，一个以上的不规则填充塔位于一个以上的规则填充塔的二次侧。
(3)具有一个以上的规则填充塔和一个以上的不规则填充塔，一个以上的规则填充塔位于一个以上的不规则填充塔的二次侧。
板式塔的板间隔优选为100mm左右，优选为比不规则填料的H.E.T.P.窄的板间隔。
具体而言，如上所述，第一蒸馏塔1～第j-1蒸馏塔j-1为板式塔，第j蒸馏塔j～第n蒸馏塔n为填充塔。即，本实施方式的稳定同位素浓缩装置100具有由一个以上的板式塔构成的板式塔组(第一蒸馏塔1～第j-1蒸馏塔j-1)和由一个以上的填充塔构成的填充塔组(第j蒸馏塔j～第n蒸馏塔n)。
此外，填充塔组位于板式塔组的二次侧，填充塔组根据设计条件有时为上述三种结构。
另外，板式塔组包括供给原料的第一蒸馏塔1。填充塔组包括采集(导出)产品的第n蒸馏塔n。
此外，不一定需要向第一蒸馏塔1供给原料，也可以在供给原料的塔的前段设置有作为回收部的第一蒸馏塔。另外，采集产品的塔也不一定是最终塔(第n蒸馏塔n)，也可以位于蒸馏塔组的中间。
本实施方式的稳定同位素浓缩装置100通过并列连接不规则填充塔，从而能够在维持H.E.T.P.的状态下增大相当的塔径。
在并列连接的不规则填充塔中，还可以将冷凝器或再沸器中的任一方设置为相当于并列连接的塔个数的数量，将另一方设置为一座作为共用机器。
从能够降低设备成本、进行稳定的装置运转的观点出发，并列连接的不规则填充塔的个数优选为20个以下，更优选为少于10个。
针对各蒸馏塔(第一蒸馏塔1～第n蒸馏塔n)，分别设置有一个以上的冷凝器21。冷凝器21设置在两端与各蒸馏塔的塔顶部的不同位置连接的循环线32上。冷凝器21具有通过对在蒸馏塔内上升的气体进行热交换而使其液化并且再次使其在蒸馏塔内下降的功能。
针对各蒸馏塔，分别设置一个以上的再沸器22。再沸器22设置在两端与各蒸馏塔的塔底部的不同位置连接的循环线33上。再沸器22具有通过对在蒸馏塔内下降的液体进行热交换而使其汽化并且再次使其在蒸馏塔内上升的功能。
原料进料线30的一端与第一蒸馏塔1的中间部连接。原料进料线30是用于向第一蒸馏塔1的中间部供给稳定同位素的路径。在原料进料线30上设置有阀。
蒸馏塔的中间部表示蒸馏塔的塔顶部和塔底部以外的位置。
从原料进料线30供给的稳定同位素的纯度优选为99.999％以上的高纯度。
除了最终塔以外，提高了稳定同位素的高沸点成分浓度的各蒸馏塔中的塔底的蒸气的一部分，通过路径34经由阀23供给到下一塔的塔顶。流的推进力是某蒸馏塔的塔底与其下一塔的塔顶之间的压力差。供给到下一塔的塔顶的蒸气与该塔内的上升蒸气一起被冷凝器21液化，回流到该塔的塔顶。
另外，除了第一蒸馏塔1以外，提高了稳定同位素的低沸点成分浓度的各蒸馏塔中的塔顶附近的回流液的一部分，通过路径35经由阀24供给到前一塔的塔底。流的推进力是回流液的液头压力。供给到前一塔的塔底的回流液与该塔内的回流液一起被再沸器22汽化，回流到该塔的塔底。
产品线31是用于将浓缩的稳定同位素成分作为产品从第n蒸馏塔n导出的路径。产品线31的一端与第n蒸馏塔n的靠近塔底部的部分连接。产品是浓缩至高浓度(例如99％以上)的稳定同位素成分。
如以上说明所示，根据本实施方式的稳定同位素浓缩装置100，具有由一个以上的板式塔构成的板式塔组和由一个以上的填充塔构成的填充塔组，填充塔组位于板式塔组的二次侧。由此，本实施方式的稳定同位素浓缩装置100的能量效率高、能够降低设备成本。
进而，本实施方式的稳定同位素浓缩装置100的能量效率与启动运转时间之间的平衡优异。
另外，在本实施方式的稳定同位素浓缩装置100中，不规则填充塔的塔径为200mm以下，在不规则填充塔的塔径超过200mm的情况下，采用板式塔。其结果，由于能够抑制蒸馏塔的高度，因此能量效率进一步提高。
此外，在本发明中，在不规则填充塔的塔径为100～200mm左右的情况下，也可以代替不规则填充塔而采用板式塔或规则填充塔。在采用板式塔的情况下，与本实施方式的稳定同位素浓缩装置100同样地能够抑制蒸馏塔的高度，因此能量效率提高。
另一方面，与不规则填料的粒径较大(填料的比表面积较小)时的不规则填充塔相比，板式塔的持液量更大。在这种情况下，启动运转时间延长。
不规则填充塔的塔径为200mm左右时，H.E.T.P.为与比表面积较大的类型的规则填充塔同等程度。在采用规则填充塔的情况下，虽然能量效率为同等程度，但是能够缩短启动运转时间。
另外，在不规则填充塔的塔径小于100mm的情况下，只要是包含采集产品的塔在内的采集产品的塔附近的塔，也可以采用规则填充塔。采集产品的塔附近的塔的塔径较小，运转所需的能量相对于整体能量所占的比率较小。因此，能量效率的降低较小，能够大幅缩短启动运转时间。
进而，在本实施方式的稳定同位素浓缩装置100中，由于并列连接的不规则填充塔的个数为20个以下，因此能够进一步降低设备成本。
以上，示出实施方式说明了本发明的稳定同位素浓缩装置，但本发明并不限定于这些实施方式。上述实施方式中的各结构及其组合等是一例，在不脱离本发明的宗旨的范围内，可以进行结构的附加、省略、置换及其他变更。
实施例
以下，通过实施例详细说明本发明，但本发明不限于这些实施例。
(实施例1)
在实施例1中，使用图2所示的稳定同位素浓缩装置200进行18O的浓缩。
稳定同位素浓缩装置200的基本结构与稳定同位素浓缩装置100同样。蒸馏塔组由12个蒸馏塔构成，第一蒸馏塔1为板式塔，第二蒸馏塔2～第12蒸馏塔12为不规则填充塔。冷凝器21的制冷源使用液化氮，从液化氮供给线38向各冷凝器21供给液化氮。再沸器22的热源使用气体氮，从气体氮供给线39向各再沸器22供给气体氮。另外，在稳定同位素浓缩装置200中设置同位素混杂器20。同位素浓缩气体抽出线36的一端连接到第九蒸馏塔9的中间部，另一端连接到同位素混杂器20，用于抽出部分或全部氧，并将其供给到同位素混杂器20。在同位素混杂器20中进行了同位素交换反应的氧从同位素浓缩气体返回线37返回到第九蒸馏塔9的中间部分。
供给的原料高纯度氧的组成如表1所示。
第一蒸馏塔1的板间隔为100mm。
在第二蒸馏塔2～第六蒸馏塔6中，每个蒸馏塔的塔径在100～200mm的范围内。
在第七蒸馏塔7～第12蒸馏塔12中，每个蒸馏塔的塔径为100mm以下。
在第二蒸馏塔2～第八蒸馏塔8中，并列连接不规则填充塔。在第二蒸馏塔2～第八蒸馏塔8中的各个蒸馏塔中，设置有数量相当于并列连接的蒸馏塔个数的冷凝器，再沸器作为共用机器各设一座。
并列连接的蒸馏塔的个数在任何蒸馏塔中都为20个以下。
〔表1〕
| 稳定同位素分子 | 分子量 | 天然存在比 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sub>2</sub>]]> | 32 | 99.5％ |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>17</sup>O]]> | 33 | 758ppm |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 34 | 4090ppm |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sub>2</sub>]]> | 34 | 0.1ppm |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 35 | 1.6ppm |
| <![CDATA[<sup>18</sup>O<sub>2</sub>]]> | 36 | 4.2ppm |
在装置稳定时，从第12蒸馏塔12的塔底部送出的氧气的稳定同位素分子的存在比率如表2所示。
另外，冷凝器和再沸器的总热交换量为815kW。另外，装置的启动运转时间约为270天。
〔表2〕
| 稳定同位素分子 | 分子量 | 存在比率〔％〕 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sub>2</sub>]]> | 32 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>17</sup>O]]> | 33 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 34 | 1.8 |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sub>2</sub>]]> | 34 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 35 | 1.8 |
| <![CDATA[<sup>18</sup>O<sub>2</sub>]]> | 36 | 96.4 |
(比较例1)
在比较例1中，使用图3所示的稳定同位素浓缩装置300进行18O的浓缩。
稳定同位素浓缩装置300除了蒸馏塔的个数为13个、第一蒸馏塔1为填充有不规则填料的填充塔以外，其他与稳定同位素浓缩装置200几乎同样。同位素混杂器20连接到第10蒸馏塔10的中间部。
供给的原料高纯度氧的组成如表1所示。
在第一蒸馏塔1中，每个蒸馏塔的塔径为200mm以上。
在第二蒸馏塔2～第13蒸馏塔13中，每个蒸馏塔的塔径为200mm以下。
在第一蒸馏塔1～第九蒸馏塔9中，并列连接不规则填充塔。在第一蒸馏塔1～第九蒸馏塔9中的各个蒸馏塔中，设置有数量相当于并列连接的蒸馏塔个数的冷凝器，再沸器作为共用机器各设一座。
并列连接的蒸馏塔的个数在任何蒸馏塔中都为20个以下。
在装置稳定时，从第13蒸馏塔13的塔底部送出的氧气的稳定同位素分子的存在比率如表3所示。
另外，冷凝器和再沸器的总热交换量为1570kW。另外，装置的启动运转时间约为270天。
〔表3〕
| 稳定同位素分子 | 分子量 | 存在比率〔％〕 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sub>2</sub>]]> | 32 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>17</sup>O]]> | 33 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 34 | 1.3 |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sub>2</sub>]]> | 34 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 35 | 1.9 |
| <![CDATA[<sup>18</sup>O<sub>2</sub>]]> | 36 | 96.8 |
根据上述结果，在实施例1中，与比较例1相比，能够将所需的热交换量削减约五成，能够将所需的蒸馏塔的数量削减一塔。另外，在实施例1中，能够将第一蒸馏塔1的冷凝器仅设一座。
因此，可知本发明的稳定同位素浓缩装置的能量效率高、能够降低设备成本。
此外，在实施例1中，也可以将第二蒸馏塔2～第六蒸馏塔6的一部分设为规则填充塔。在这种情况下，总热交换量与实施例1为同等程度，能够将第二蒸馏塔2～第六蒸馏塔6的冷凝器的数量仅设为一座。另外，由于持液量较小，因此可以期待启动运转时间的缩短。
(实施例2)
在实施例2中，使用图4所示的稳定同位素浓缩装置400进行18O的浓缩。
稳定同位素浓缩装置400的蒸馏塔的个数为10个，第一蒸馏塔1～第三蒸馏塔3为板式塔，第四蒸馏塔4～第10蒸馏塔10为不规则填充塔。稳定同位素浓缩装置400除了蒸馏塔的总塔数、板式塔的个数结构、填充塔的个数结构不同以外，其他与稳定同位素浓缩装置200几乎同样。同位素混杂器20连接到第七蒸馏塔7的中间部。
供给的原料高纯度氧的组成如表1所示。
第一蒸馏塔1～第三蒸馏塔3的板间隔为100mm。
在第四蒸馏塔4～第10蒸馏塔10中，每个蒸馏塔的塔径为100mm以下。
在第四蒸馏塔4～第六蒸馏塔6中，并列连接不规则填充塔。在第四蒸馏塔4～第六蒸馏塔6中的各个蒸馏塔中，设置有数量相当于并列连接的蒸馏塔个数的冷凝器，再沸器作为共用机器各设一座。
并列连接的蒸馏塔的个数在任何蒸馏塔中都为10个以下。
在装置稳定时，从第10蒸馏塔10的塔底部送出的氧气的稳定同位素分子的存在比率如表4所示。
另外，冷凝器和再沸器的总热交换量为640kW。
〔表4〕
| 稳定同位素分子 | 分子量 | 存在比率〔％〕 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sub>2</sub>]]> | 32 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>17</sup>O]]> | 33 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 34 | 1.6 |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sub>2</sub>]]> | 34 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 35 | 1.7 |
| <![CDATA[<sup>18</sup>O<sub>2</sub>]]> | 36 | 96.7 |
从上述结果可知，如果增加板式塔的个数，则能量效率进一步提高，蒸馏塔的数量及冷凝器的座数也减少，因此设备成本也能够降低。
另一方面，在实施例2中，在将第四蒸馏塔4从不规则填充塔变更为板式塔的情况下，所需的蒸馏塔的长度变长，需要增加蒸馏塔的个数。因此，没有将不规则填充塔变更为板式塔的优点。
(实施例3)
在实施例3中，使用图5所示的稳定同位素浓缩装置500进行18O的浓缩。
稳定同位素浓缩装置500的蒸馏塔的个数为13个，第一蒸馏塔1为板式塔，第二蒸馏塔2～第11蒸馏塔11为不规则填充塔，第12蒸馏塔12～第13蒸馏塔13为规则填充塔。稳定同位素浓缩装置500除了蒸馏塔的总塔数、板式塔的个数结构、填充塔的个数结构不同以外，其他与稳定同位素浓缩装置200几乎同样。同位素混杂器20连接到第九蒸馏塔9的中间部。
供给的原料高纯度氧的组成如表1所示。
第一蒸馏塔1的板间隔为100mm。
在第二蒸馏塔2～第11蒸馏塔11中，每个蒸馏塔的塔径为200mm以下。
在第12蒸馏塔12～第13蒸馏塔13中，蒸馏塔的H.E.T.P.为200mm。
在第二蒸馏塔2～第八蒸馏塔8中，并列连接不规则填充塔。在第二蒸馏塔2～第八蒸馏塔8中的各个蒸馏塔中，设置有数量相当于并列连接的蒸馏塔个数的冷凝器，再沸器作为共用机器各设一座。
并列连接的蒸馏塔的个数在任何蒸馏塔中都为20个以下。
在装置稳定时，从第13蒸馏塔13的塔底部送出的氧气的稳定同位素分子的存在比率如表5所示。
另外，冷凝器和再沸器的总热交换量为817kW。另外，装置的启动运转时间约为250天。
〔表5〕
| 稳定同位素分子 | 分子量 | 存在比率〔％〕 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sub>2</sub>]]> | 32 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>17</sup>O]]> | 33 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>16</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 34 | 1.7 |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sub>2</sub>]]> | 34 | 0.0 |
| <![CDATA[<sup>17</sup>O<sup>18</sup>O]]> | 35 | 1.8 |
| <![CDATA[<sup>18</sup>O<sub>2</sub>]]> | 36 | 96.5 |
从上述结果可知，在实施例3中，通过将采集产品的塔的附近设为规则填充塔，从而与实施例1相比能够以几乎同等程度的热交换量，将启动运转时间削减约20天。
因此，可知本发明的稳定同位素浓缩装置也可以是能量效率与启动运转时间之间的平衡优异的方式。
上述结果不仅适用于氧，也能适用于其他稳定同位素。例如，在碳、氢、氮的稳定同位素浓缩中，也能通过应用本发明来设为能量效率高、降低设备成本的装置。
产业上的可利用性
本发明是具备将多个蒸馏塔级联连接的蒸馏塔组的蒸馏装置，可应用于对自然界中仅存在极少的稳定同位素原子进行浓缩的稳定同位素浓缩装置。
附图标记说明
1、3、7、8、9、10、11、12、13、j-1、j、n蒸馏塔
20同位素混杂器
21冷凝器
22再沸器
23、24阀
30原料进料线
31产品线
32、33循环线
36同位素浓缩气体抽出线
37同位素浓缩气体返回线
38液化氮供给线
39气体氮供给线
100、200、300、400、500稳定同位素浓缩装置
Claims (7)
1.一种稳定同位素浓缩装置，通过蒸馏来浓缩稳定同位素，
所述稳定同位素浓缩装置具备多个蒸馏塔级联连接的蒸馏塔组，
所述蒸馏塔组具有：
由一个以上的板式塔构成的板式塔组；和
由一个以上的填充塔构成的填充塔组，
所述填充塔组位于所述板式塔组的二次侧。
2.根据权利要求1所述的稳定同位素浓缩装置，其中，
所述填充塔组中的所述填充塔全部为不规则填充塔。
3.根据权利要求1所述的稳定同位素浓缩装置，其中，
所述填充塔组具有一个以上的规则填充塔和一个以上的不规则填充塔，
一个以上的不规则填充塔位于一个以上的规则填充塔的二次侧。
4.根据权利要求1所述的稳定同位素浓缩装置，其中，
所述填充塔组具有一个以上的规则填充塔和一个以上的不规则填充塔，
一个以上的规则填充塔位于一个以上的不规则填充塔的二次侧。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的稳定同位素浓缩装置，其中，
在所述蒸馏塔组之中，被供给原料的蒸馏塔为板式塔。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的稳定同位素浓缩装置，其中，
关于所述不规则填充塔，并列连接的所述不规则填充塔的个数为20个以下。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的稳定同位素浓缩装置，其中，
所述不规则填充塔的塔径为200mm以下。
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