CN206915798U - 一种低氘水的多塔连续蒸馏制备系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，包括第一蒸馏釜、第二蒸馏釜、第一蒸馏塔、第一蒸馏储罐、第二蒸馏塔、第二蒸馏储罐与水环真空泵，第一蒸馏釜与第二蒸馏釜相邻设置，且第一蒸馏釜与第二蒸馏釜通过回水管路相连通，第一蒸馏釜的顶部设置第一蒸馏塔，第一蒸馏塔与第一蒸馏储罐通过采料管路一相连通，第一蒸馏储罐还通过进料管路连通第二蒸馏釜，第二蒸馏釜的顶部设置第二蒸馏塔，第二蒸馏塔与第二蒸馏储罐通过采料管路二相连通。本实用新型采用该系统，能够在较低塔高范围内保证低氘水的产量及质量，降低能耗，充分利用蒸馏过程中的余热进行原料水的加热，从而缩短低氘水的制备工时，提高生产效率，节约成本。

Description

一种低氘水的多塔连续蒸馏制备系统

技术领域

本实用新型涉及低氘水用制备设备技术领域，尤其涉及一种低氘水的多塔连续蒸馏制备系统。

背景技术

低氘水是指氘含量低于150ppm的水，实验研究证明，低氘水具有多种有益于人体的生物效应：1)活化人体细胞，2)增强人体免疫力，3)防癌保健功能等。低氘水的规模化生产方法主要有电解法、蒸馏法和水/氢双温交换法，其中，蒸馏法由于不需要使用催化剂或化学试剂，且生产工艺简单成熟而被广泛应用。蒸馏法制备低氘水，是在装有若干塔板或填料的蒸馏塔内进行的，液相和气相在塔内逆流流动，在蒸汽上升过程中，由于H₂O挥发度较高被逐渐富集，而在液体逐级溢流到塔底的过程中，D₂O由于挥发度较低被逐渐富集。蒸汽在塔顶被冷凝回流至塔内，塔底有蒸馏釜将一部分液体蒸发以提供上升气流。但是，现有的用于低氘水的蒸馏法生产设备在实际使用过程中存在如下问题：

1、目前蒸馏法多是以塔的高度来进行分离以获得低氘水，其往往按照温差计算，因此，分离出低氘水需要108块塔板数，如果达到基本产量则需要120米的塔，成本较高且相应塔高的制造困难。

2、为在保证产量的同时降低塔高，则采取添加填料的方法以将塔高减少至30米，但是该方法将增大塔的阻力，且导致能源的浪费。

3、普通水中的氘天然丰度很低，一般为150ppm，且H₂O和D₂O的挥发性差异不大，因此增加了氘的分离难度。

发明内容

本实用新型的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种能够在较低塔高范围内保证低氘水的产量及质量，以降低能耗，且充分利用蒸馏过程中的余热进行原料水的加热，从而有效缩短低氘水的制备工时，提高生产效率，并节约成本的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其中所述低氘水的多塔连续蒸馏制备系统包括第一蒸馏釜、第二蒸馏釜、第一蒸馏塔、第一蒸馏储罐、第二蒸馏塔、第二蒸馏储罐与水环真空泵，所述第一蒸馏釜与所述第二蒸馏釜相邻设置，且所述第一蒸馏釜与所述第二蒸馏釜通过回水管路相连通，所述第一蒸馏釜的顶部设置所述第一蒸馏塔，所述第一蒸馏塔与所述第一蒸馏储罐通过采料管路一相连通，所述第一蒸馏储罐还通过进料管路连通所述第二蒸馏釜，所述第二蒸馏釜的顶部设置所述第二蒸馏塔，所述第二蒸馏塔与所述第二蒸馏储罐通过采料管路二相连通，所述水环真空泵设置为连接所述第一蒸馏塔、所述第二蒸馏塔、所述第一蒸馏储罐与所述第二蒸馏储罐。

进一步地，所述第一蒸馏釜与所述第二蒸馏釜均设置为包括釜体、加热层、进料口与排料口，所述釜体的外壁面上设置所述加热层，所述加热层内填充导热油，所述进料口设置于所述釜体的上部分侧壁上，所述排料口设置于所述釜体的底部，所述第二蒸馏釜的排料口设置为通过所述回水管路连通所述第一蒸馏釜。

进一步地，所述第一蒸馏塔与所述第二蒸馏塔均设置为包括塔体、冷凝器、冷却水进口、冷却水出口、回流分布器、采集水出口、BZ填料与分配盘，所述塔体的顶部内腔设置所述冷凝器，且该塔体的上部分设置所述冷却水进口与所述冷却水出口，所述冷凝器的输入端设置为连接所述冷却水进口，且该冷凝器的输出端设置为连接所述冷却水出口，所述回流分布器设置于所述塔体的中部外侧，且该回流分布器设置为连通所述冷凝器，所述采集水出口设置于所述塔体的中部，且该采集水出口设置为连接所述回流分布器，所述BZ填料设置于所述塔体的下部分内腔中，且该BZ填料中由下至上依次间隔设置多组所述分配盘，所述分配盘与所述回流分布器相连通，所述分配盘设置为三组。

进一步地，所述采料管路一的输入端设置为连接所述第一蒸馏塔上的所述采集水出口，所述采料管路二的输入端设置为连接所述第二蒸馏塔上的所述采集水出口。

进一步地，所述第一蒸馏釜的进料口上还连接一预热釜，所述预热釜设置为包括预热釜本体、盘管一、盘管二、原料水进口、原料水出口与外夹层，所述预热釜本体的内腔沿其轴线方向设置所述盘管一与所述盘管二，所述盘管一的输入端连接所述采料管路一的输出端，且该盘管一的输出端连通所述第一蒸馏储罐，所述盘管二的输入端连接所述采料管路二的输出端，且该盘管二的输出端连通所述第二蒸馏储罐，所述原料水进口与所述原料水出口均设置于所述预热釜本体上，所述原料水出口设置为通过管路连通所述进料口，所述外夹层共轴线设置于所述预热釜本体的外侧壁面上，且该外夹层上设置废水进口与废水出口，所述废水进口设置为通过管路连通所述排料口。

进一步地，所述釜体的内腔设置沸石。

进一步地，所述第一蒸馏储罐与所述第二蒸馏储罐上均设置检测采集口。

进一步地，所述第二蒸馏储罐的底部还设置一成品水出口。

进一步地，所述进料口与所述排料口上均设置调节阀。

进一步地，所述第一蒸馏塔与所述第二蒸馏塔的塔体直径范围设置为80mm-1000mm，且所述第一蒸馏塔与所述第二蒸馏塔的塔体高度范围设置为5m-30m。

本实用新型具有的优点和积极效果是：

(1)通过第一蒸馏釜、第一蒸馏塔与第一蒸馏储罐相配合，实现低氘水生产过程中的连续式蒸馏，而第二蒸馏釜、第二蒸馏塔与第二蒸馏储罐相配合，则可进行低氘水生产过程中的间歇式蒸馏，连续式蒸馏与间歇式蒸馏相结合，有效降低了低氘水生产过程中的能耗，且在降低塔高的同时，保证产品的质量，使得浓氘水和低氘水快速分离，从而节约生产成本。

(2)通过加热层内的导热油，可对釜体中的物料进行加热，实现低氘水的制备，而由第二蒸馏釜的排料口上的回水管路连通第一蒸馏釜，以使得经第二蒸馏釜蒸馏后的物料进入第一蒸馏釜中进行再蒸馏，从而充分实现物料中低氘水的蒸馏制备，节约能源。

(3)通过回流分布器及三组分配盘，使塔体中的持液量保持平衡，弥补了传统蒸馏法塔效差、不平衡的弱点，在保证其压力ΔP不变的情况下，尽量减少其温度ΔT的差，从而使出水量达到设计产量。

(4)通过预热釜中预热釜本体、盘管一、盘管二、原料水进口、原料水出口与外夹层的结构设计，能够充分提高能源的利用率，其中，盘管一中为第一蒸馏塔中采集的物料，盘管二中为第二蒸馏塔中采集的物料，两盘管中物料的余热可对预热釜本体中的原料水进行预热，从而在缩短进入蒸馏釜中物料加热所需时间及节约能源的同时，实现产品的冷却，且提高生产效率，而外夹层中流经的废水中的预热，则可进一步对预热釜本体中的原料水进行加热，盘管一、盘管二及外夹层的预热系统的布置，使得蒸馏过程中整体的能源消耗减少20％～30％。

(5)通过沸石的设置，能够在吸附法和蒸馏法相配合的情况下，使塔体中的蒸汽与冷凝的液体更加充分地在沸石中进行交换，以提高塔体中填料的效率，使分子量小的低氘水先于分子量大的浓氘水溢出，而在釜体中与水一起加热的沸石则更能滞留住分子量大的水。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中：10-第一蒸馏釜，101-釜体，102-加热层，103-进料口，104-排料口，105-预热釜本体，106-盘管一，107-盘管二，108-原料水进口，109-原料水出口，110-外夹层，1101-废水进口，1102-废水出口，111-沸石，112-调节阀，20-第二蒸馏釜，30-第一蒸馏塔，301-采料管路一，302-采料管路二，303-塔体，304-冷凝器，305-冷却水进口，306-冷却水出口，307-回流分布器，308-采集水出口，309-BZ填料，310-分配盘，40-第一蒸馏储罐，401-进料管路，402-检测采集口，50-第二蒸馏塔，60-第二蒸馏储罐，601-成品水出口，70-水环真空泵，80-回水管路。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型，下面结合具体实施例和附图对本实用新型进行进一步的描述。

如图1所示，一种低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，包括第一蒸馏釜10、第二蒸馏釜20、第一蒸馏塔30、第一蒸馏储罐40、第二蒸馏塔50、第二蒸馏储罐60与水环真空泵70，第一蒸馏釜10与第二蒸馏釜20相邻设置，且第一蒸馏釜10与第二蒸馏釜20通过回水管路80相连通，第一蒸馏釜10的顶部设置第一蒸馏塔30，第一蒸馏塔30与第一蒸馏储罐40通过采料管路一301相连通，第一蒸馏储罐40还通过进料管路401连通第二蒸馏釜50，第二蒸馏釜20的顶部设置第二蒸馏塔50，第二蒸馏塔50与第二蒸馏储罐60通过采料管路二302相连通，水环真空泵70设置为连接第一蒸馏塔30、第二蒸馏塔50、第一蒸馏储罐40与第二蒸馏储罐60，通过第一蒸馏釜10、第一蒸馏塔30与第一蒸馏储罐40相配合，实现低氘水生产过程中的连续式蒸馏，而第二蒸馏釜20、第二蒸馏塔50与第二蒸馏储罐60相配合，则可进行低氘水生产过程中的间歇式蒸馏，连续式蒸馏与间歇式蒸馏相结合，有效降低了低氘水生产过程中的能耗，且在降低塔高的同时，保证产品的质量，使得浓氘水和低氘水快速分离，从而节约生产成本。

第一蒸馏釜10与第二蒸馏釜20均设置为包括釜体101、加热层102、进料口103与排料口104，釜体101的外壁面上设置加热层102，加热层102内填充导热油，进料口103设置于釜体101的上部分侧壁上，排料口104设置于釜体101的底部，第二蒸馏釜20的排料口104设置为通过回水管路80连通第一蒸馏釜10，通过加热层102内的导热油，可对釜体101中的物料进行加热，实现低氘水的制备，而由第二蒸馏釜20的排料口104上的回水管路80连通第一蒸馏釜10，以使得经第二蒸馏釜20蒸馏后的物料进入第一蒸馏釜10中进行再蒸馏，从而充分实现物料中低氘水的蒸馏制备，节约能源。

第一蒸馏塔30与第二蒸馏塔50均设置为包括塔体303、冷凝器304、冷却水进口305、冷却水出口306、回流分布器307、采集水出口308、BZ填料309与分配盘310，塔体303的顶部内腔设置冷凝器304，且该塔体303的上部分设置冷却水进口305与冷却水出口306，冷凝器304的输入端设置为连接冷却水进口305，且该冷凝器304的输出端设置为连接冷却水出口306，回流分布器307设置于塔体303的中部外侧，且该回流分布器307设置为连通冷凝器304，采集水出口308设置于塔体303的中部，且该采集水出口308设置为连接回流分布器307，BZ填料309设置于塔体303的下部分内腔中，且该BZ填料309中由下至上依次间隔设置多组分配盘310，分配盘310与回流分布器307相连通，分配盘310设置为三组，通过回流分布器307及三组分配盘310，使塔体303中的持液量保持平衡，弥补了传统蒸馏法塔效差、不平衡的弱点，在保证其压力ΔP不变的情况下，尽量减少其温度ΔT的差，从而使出水量达到设计产量。

采料管路一301的输入端设置为连接第一蒸馏塔30上的采集水出口308，采料管路二302的输入端设置为连接第二蒸馏塔50上的采集水出口308。

第一蒸馏釜10的进料口103上还连接一预热釜，预热釜设置为包括预热釜本体105、盘管一106、盘管二107、原料水进口108、原料水出口109与外夹层110，预热釜本体105的内腔沿其轴线方向设置盘管一106与盘管二107，盘管一106的输入端连接采料管路一301的输出端，且该盘管一106的输出端连通第一蒸馏储罐40，盘管二107的输入端连接采料管路二302的输出端，且该盘管二107的输出端连通第二蒸馏储罐60，原料水进口108与原料水出口109均设置于预热釜本体105上，原料水出口109设置为通过管路连通进料口103，外夹层110共轴线设置于预热釜本体105的外侧壁面上，且该外夹层110上设置废水进口1101与废水出口1102，废水进口1101设置为通过管路连通排料口104，通过预热釜中预热釜本体105、盘管一106、盘管二107、原料水进口108、原料水出口109与外夹层110的结构设计，能够充分提高能源的利用率，其中，盘管一106中为第一蒸馏塔30中采集的物料，盘管二107中为第二蒸馏塔50中采集的物料，两盘管中物料的余热可对预热釜本体105中的原料水进行预热，从而在缩短进入蒸馏釜中物料加热所需时间及节约能源的同时，实现产品的冷却，且提高生产效率，而外夹层110中流经的废水中的预热，则可进一步对预热釜本体105中的原料水进行加热，盘管一106、盘管二107及外夹层110的预热系统的布置，使得蒸馏过程中整体的能源消耗减少20％～30％。

釜体101的内腔设置沸石111，沸石111的填充量设置为釜体101体积的1％-50％，通过沸石111的设置，能够在吸附法和蒸馏法相配合的情况下，使塔体303中的蒸汽与冷凝的液体更加充分地在沸石111中进行交换，以提高塔体303中填料的效率，使分子量小的低氘水先于分子量大的浓氘水溢出，而在釜体101中与水一起加热的沸石111则更能滞留住分子量大的水。

第一蒸馏储罐40与第二蒸馏储罐60上均设置检测采集口402，检测采集口402上设置调节阀，通过检测采集口402，可对第一蒸馏储罐40与第二蒸馏储罐60采集的蒸馏产品中的低氘水含量进行检测，以保证在蒸馏产品未达到标准时，对蒸馏产品进行再蒸馏。

第二蒸馏储罐60的底部还设置一成品水出口601。

进料口103与排料口104上均设置调节阀112。

第一蒸馏塔30与第二蒸馏塔50的塔体直径范围设置为80mm-1000mm，且第一蒸馏塔30与第二蒸馏塔50的塔体高度范围设置为5m-30m。

使用本实用新型提供的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，能够在较低塔高范围内保证低氘水的产量及质量，以降低能耗，且充分利用蒸馏过程中的余热进行原料水的加热，从而有效缩短低氘水的制备工时，提高生产效率，并节约成本。当该系统工作时，在釜体101中加入为其体积1％-50％的沸石111，由原料水进口108向预热釜本体105中供给原料水，原料水再由原料水出口109的管路进入第一蒸馏釜10上的进料口103，并启动第一蒸馏釜10与第二蒸馏釜20上的加热装置，使得加热层102中的导热油的温度在60-200℃范围，从而实现对釜体101中的物料进行加热，此时，釜体101中的沸石111可辅助塔体303中的蒸汽与冷凝的液体更加充分地进行交换，提高了塔体303中填料的效率，使分子量小的低氘水先于分子量大的浓氘水溢出，在蒸馏过程中，第一蒸馏塔30与第二蒸馏塔50中的回流分布器307及三组分配盘310，使塔体303中的持液量保持平衡，弥补了传统蒸馏法塔效差、不平衡的弱点，在保证其压力ΔP不变的情况下，尽量减少其温度ΔT的差，从而使出水量达到设计产量，待第一蒸馏塔30内产生回流时，打开进料口103与排料口104上的调节阀112，并且使进料口103的进料量等于排料口104的排料量与采集水出口308的采出量之和，以保证釜体101内的液体量恒定，同时，采料管路一301中的由第一蒸馏塔30采集的物料进入盘管一106，采料管路二302中的由第二蒸馏塔50中采集的物料进入盘管二107，两盘管中物料的余热可对预热釜本体105中的原料水进行预热，从而在缩短进入蒸馏釜中物料加热所需时间及节约能源的同时，实现产品的冷却，且提高生产效率，而外夹层110中流经的废水中的预热，则可进一步对预热釜本体105中的原料水进行加热，盘管一106、盘管二107及外夹层110的预热系统的布置，使得原料水的温度达到40-80℃，将蒸馏过程中整体的能源消耗减少了20％～30％，经第二蒸馏釜20蒸馏后的余料又通过回水管路80进入第一蒸馏釜10进行再蒸馏，以充分利用原料水进行低氘水的制备，第一蒸馏釜10、第一蒸馏塔30与第一蒸馏储罐40相配合，实现了低氘水生产过程中的连续式蒸馏，而第二蒸馏釜20、第二蒸馏塔50与第二蒸馏储罐60相配合，则可进行低氘水生产过程中的间歇式蒸馏，连续式蒸馏与间歇式蒸馏相结合，有效降低了低氘水生产过程中的能耗，另外，检测采集口402可对第一蒸馏储罐40与第二蒸馏储罐60采集的蒸馏产品中的低氘水体积浓度值进行检测，以保证在蒸馏产品未达到标准时，对蒸馏产品进行再蒸馏，最终，成品低氘水由第二蒸馏储罐60上的成品水出口601输出，从而完成低氘水的制备过程。

以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述低氘水的多塔连续蒸馏制备系统包括第一蒸馏釜、第二蒸馏釜、第一蒸馏塔、第一蒸馏储罐、第二蒸馏塔、第二蒸馏储罐与水环真空泵，所述第一蒸馏釜与所述第二蒸馏釜相邻设置，且所述第一蒸馏釜与所述第二蒸馏釜通过回水管路相连通，所述第一蒸馏釜的顶部设置所述第一蒸馏塔，所述第一蒸馏塔与所述第一蒸馏储罐通过采料管路一相连通，所述第一蒸馏储罐还通过进料管路连通所述第二蒸馏釜，所述第二蒸馏釜的顶部设置所述第二蒸馏塔，所述第二蒸馏塔与所述第二蒸馏储罐通过采料管路二相连通，所述水环真空泵设置为连接所述第一蒸馏塔、所述第二蒸馏塔、所述第一蒸馏储罐与所述第二蒸馏储罐。

2.根据权利要求1所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述第一蒸馏釜与所述第二蒸馏釜均设置为包括釜体、加热层、进料口与排料口，所述釜体的外壁面上设置所述加热层，所述加热层内填充导热油，所述进料口设置于所述釜体的上部分侧壁上，所述排料口设置于所述釜体的底部，所述第二蒸馏釜的排料口设置为通过所述回水管路连通所述第一蒸馏釜。

3.根据权利要求2所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述釜体的内腔设置沸石。

4.根据权利要求2所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述第一蒸馏塔与所述第二蒸馏塔均设置为包括塔体、冷凝器、冷却水进口、冷却水出口、回流分布器、采集水出口、BZ填料与分配盘，所述塔体的顶部内腔设置所述冷凝器，且该塔体的上部分设置所述冷却水进口与所述冷却水出口，所述冷凝器的输入端设置为连接所述冷却水进口，且该冷凝器的输出端设置为连接所述冷却水出口，所述回流分布器设置于所述塔体的中部外侧，且该回流分布器设置为连通所述冷凝器，所述采集水出口设置于所述塔体的中部，且该采集水出口设置为连接所述回流分布器，所述BZ填料设置于所述塔体的下部分内腔中，且该BZ填料中由下至上依次间隔设置多组所述分配盘，所述分配盘与所述回流分布器相连通，所述分配盘设置为三组。

5.根据权利要求4所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述采料管路一的输入端设置为连接所述第一蒸馏塔上的所述采集水出口，所述采料管路二的输入端设置为连接所述第二蒸馏塔上的所述采集水出口。

6.根据权利要求5所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述第一蒸馏釜的进料口上还连接一预热釜，所述预热釜设置为包括预热釜本体、盘管一、盘管二、原料水进口、原料水出口与外夹层，所述预热釜本体的内腔沿其轴线方向设置所述盘管一与所述盘管二，所述盘管一的输入端连接所述采料管路一的输出端，且该盘管一的输出端连通所述第一蒸馏储罐，所述盘管二的输入端连接所述采料管路二的输出端，且该盘管二的输出端连通所述第二蒸馏储罐，所述原料水进口与所述原料水出口均设置于所述预热釜本体上，所述原料水出口设置为通过管路连通所述进料口，所述外夹层共轴线设置于所述预热釜本体的外侧壁面上，且该外夹层上设置废水进口与废水出口，所述废水进口设置为通过管路连通所述排料口。

7.根据权利要求1所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述第一蒸馏储罐与所述第二蒸馏储罐上均设置检测采集口。

8.根据权利要求1所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述第二蒸馏储罐的底部还设置一成品水出口。

9.根据权利要求2所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述进料口与所述排料口上均设置调节阀。

10.根据权利要求1所述的低氘水的多塔连续蒸馏制备系统，其特征在于：所述第一蒸馏塔与所述第二蒸馏塔的塔体直径范围设置为80mm-1000mm，且所述第一蒸馏塔与所述第二蒸馏塔的塔体高度范围设置为5m-30m。