RU2295493C2 - Method and plant for production of light water - Google Patents

Method and plant for production of light water Download PDF

Info

Publication number
RU2295493C2
RU2295493C2 RU2004116216/15A RU2004116216A RU2295493C2 RU 2295493 C2 RU2295493 C2 RU 2295493C2 RU 2004116216/15 A RU2004116216/15 A RU 2004116216/15A RU 2004116216 A RU2004116216 A RU 2004116216A RU 2295493 C2 RU2295493 C2 RU 2295493C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
water
vapor
content
distillation column
light water
Prior art date
Application number
RU2004116216/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004116216A (en
Inventor
Сергей Павлович Соловьев (RU)
Сергей Павлович Соловьев
Original Assignee
Сергей Павлович Соловьев
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Павлович Соловьев filed Critical Сергей Павлович Соловьев
Priority to RU2004116216/15A priority Critical patent/RU2295493C2/en
Publication of RU2004116216A publication Critical patent/RU2004116216A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2295493C2 publication Critical patent/RU2295493C2/en

Links

Landscapes

  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: production of drugs, perfumes and potable water.
SUBSTANCE: proposed plant includes rectifying column with contact unit the vapor-liquid interaction surface, unit for preparation of water vapor from initial water at concentration of 1H216O equal to C1, unit for delivery of water vapor to rectifying column, unit for condensation of water vapor at concentration of 1H216O equal to C2 in condenser mounted in upper part of rectifying column; C2>C1. Proposed method consists in accumulation of part of condensate in form of condensed light water. Rectifying column is made in form of vapor-liquid interaction surface between descending and ascending flows of vapor on contact unit surface when main flow of liquid and main flow of vapor are directed along axis of column. Pressure of vapor in rectifying column ranges from 0.05 to 0.6 bar; output of water is 0.001 to 0.25 of total volume of water vapor passed through rectifying column. Contact unit may be made in form of plates or structurized or randomizirized packing. Proposed method makes it possible to produce light water at content of 1H216O lesser than 997.13 g/kg at total content of 1H217O, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O not exceeding 2.87 g/kg of total amount of H2O.
EFFECT: enhanced efficiency.
10 cl, 1 dwg, 2 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к способу и устройству для очистки воды от примесей в виде молекул воды, содержащих в своем составе тяжелые изотопы водорода и кислорода, а более конкретно - к способу и установке для получения легкой, особо чистой воды с повышенным содержанием в ней доли молекул 1Н216О.The invention relates to a method and apparatus for purifying water from impurities in the form of water molecules containing heavy isotopes of hydrogen and oxygen, and more particularly, to a method and apparatus for producing light, highly pure water with a high content of 1 N molecules in it 2 16 O.

Вода с точки зрения химии является веществом, состоящим из молекул Н2О. В природе совершенно чистой воды не существует. Природная вода всегда в той или иной мере содержит механические, химические и биологические примеси.Water from the point of view of chemistry is a substance consisting of H 2 O molecules. In nature, completely pure water does not exist. Natural water always in one way or another contains mechanical, chemical and biological impurities.

На сегодняшний день проблема очистки воды для ее использования в различных отраслях промышленности стоит очень остро.Today, the problem of water treatment for its use in various industries is very acute.

В зависимости от предполагаемого применения вода подвергается разным способам очистки. Фильтрация, дистилляция, использование эффекта обратного осмоса позволяют получать воду с необходимой степенью чистоты: дистиллированную, деионизированную, при этом стерильную или нестерильную, апирогенную и т.д. и т.п. Количество механических, химических, биологических примесей может быть снижено до весьма низких уровней, например, при использовании методов с применением процесса осмоса. Однако традиционные способы очистки не изменяют изотопный состав молекул Н2О, в результате чего остаются молекулы воды, содержащие тяжелые изотопы водорода и кислорода, в среднем в природной воде суммарно по весу до 2,97 г/кг (расчеты приведены далее).Depending on the intended use, water is subjected to different purification methods. Filtration, distillation, and the use of the reverse osmosis effect make it possible to obtain water with the necessary degree of purity: distilled, deionized, while being sterile or non-sterile, pyrogen-free, etc. etc. The amount of mechanical, chemical, biological impurities can be reduced to very low levels, for example, using methods using the osmosis process. However, traditional purification methods do not change the isotopic composition of H 2 O molecules, as a result of which water molecules containing heavy isotopes of hydrogen and oxygen remain, on average, in natural water in total by weight up to 2.97 g / kg (calculations are given below).

Общеизвестно, что молекула воды Н2О состоит из двух химических элементов - водорода Н и кислорода О. В свою очередь каждый элемент представляет собой совокупность нескольких изотопов [1].It is well known that the water molecule H 2 O consists of two chemical elements - hydrogen H and oxygen O. In turn, each element is a combination of several isotopes [1].

В дальнейшем в тексте:Further in the text:

- понятие «водород» (буквенное обозначение: H) подразумевает под собой химический элемент как совокупность всех возможных изотопов водорода;- the concept of "hydrogen" (letter designation: H) means a chemical element as the totality of all possible hydrogen isotopes;

- понятие «кислород» (буквенное обозначение: O) подразумевает под собой химический элемент как совокупность всех возможных изотопов кислорода;- the concept of “oxygen” (letter designation: O) means a chemical element as a combination of all possible oxygen isotopes;

- понятие «вода» подразумевает под собой любую реальную воду, в том числе природную или полученную промышленным способом, представляющую собой смесь Н2О и большого числа различных веществ в виде механических примесей, растворенных газов, солей, биологических примесей и т.д., подлежащих или не подлежащих удалению в зависимости от дальнейшего применения воды;- the concept of "water" means any real water, including natural or industrial-produced water, which is a mixture of H 2 O and a large number of different substances in the form of mechanical impurities, dissolved gases, salts, biological impurities, etc., subject to or not to be removed depending on the further use of water;

- буквенное обозначение Н2О подразумевает под собой совокупность всех возможных изотопных разновидностей молекул воды, образованных изотопами химических элементов - водорода H и кислорода O;- the letter designation H 2 O means the totality of all possible isotopic varieties of water molecules formed by isotopes of chemical elements - hydrogen H and oxygen O;

Водород в природе представлен стабильными нерадиоактивными изотопами:Hydrogen in nature is represented by stable non-radioactive isotopes:

- протием (буквенное обозначение 1Н);- protium (letter designation 1 N);

- дейтерием (буквенное обозначение 2H, историческое обозначение D, далее по тексту используются буквенные обозначения D, либо равнозначное 2Н).- deuterium (letter designation 2 H, historical designation D, hereinafter referred to as letter designations D, or equivalent 2 N).

Кислород, в свою очередь, представлен тремя стабильными нерадиоактивными изотопами:Oxygen, in turn, is represented by three stable non-radioactive isotopes:

- кислородом-16 (буквенное обозначение 16О);- oxygen-16 (letter designation 16 O);

- кислородом-17 (буквенное обозначение 17О);- oxygen-17 (letter designation 17 O);

- кислородом-18 (буквенное обозначение 18О).- oxygen-18 (letter designation 18 O).

Данное изобретение касается только вышеперечисленных стабильных нерадиоактивных изотопов.This invention relates only to the above stable non-radioactive isotopes.

Стабильные изотопы водорода со стабильными изотопами кислорода образуют 9 изотопных разновидностей молекул воды, а именно: 1Н216О, 1Н217О, 1H218O, 1HD16О, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O. В количественном отношении основная масса воды природных источников представлена молекулами 1Н216О, состоящими из легких изотопов 1Н и 16О. Количество молекул воды, содержащих тяжелые изотопы: D, 17O, 18O, зависит от концентрации указанных изотопов, которая в природной воде колеблется в пределах, зафиксированных в основных стандартах изотопного состава гидросферы SMOW и SLAP.Stable hydrogen isotopes with stable oxygen isotopes form 9 isotopic varieties of water molecules, namely: 1 H 2 16 O, 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O. In quantitative terms, the bulk of the water of natural sources is represented by 1 H 2 16 O molecules, consisting of light isotopes 1 H and 16 O. The number of water molecules containing heavy isotopes: D , 17 O, 18 O, depends on the concentration of these isotopes, which in natural water varies within the limits fixed in the basic standards of the isotopic composition of hydrospheres s SMOW and SLAP.

Объем запасов воды в различных резервуарах гидросферы Земли равен примерно 1834 млн м3. Из них доля вод Мирового океана составляет 1370 млн м3, речных и озерных вод - 0,231 млн м3, ледниковых вод - 24 млн м3 и т.д. [2].The volume of water reserves in various reservoirs of the Earth's hydrosphere is approximately 1834 million m 3 . Of these, the share of the oceans is 1370 million m 3 , river and lake waters - 0.231 million m 3 , glacial waters - 24 million m 3 , etc. [2].

Поскольку основная часть воды на Земле сосредоточена в Мировом океане и океаническая вода весьма стабильна по изотопному составу, количественное содержание тяжелых изотопов D и 18O в ней принято в качестве международного стандарта SMOW (стандарт среднеокеанической воды).Since most of the water on Earth is concentrated in the oceans and ocean water is very stable in isotopic composition, the quantitative content of heavy D and 18 O isotopes in it is accepted as the international standard SMOW (standard for mid-ocean water).

Для стандарта SMOW отношение содержания в воде дейтерия к протию составляет D/H=155,76×10-6, а отношение содержания изотопов кислорода составляет 18О/16О=2005,20×10-6 [3].For the SMOW standard, the ratio of deuterium to protium in water is D / H = 155.76 × 10 -6 , and the ratio of oxygen isotopes is 18 O / 16 O = 2005.20 × 10 -6 [3].

Концентрация изотопов D, 17О, 18О в воде может выражаться либо в долях, либо в атомных процентах (ат. % или 0/00), либо в единицах ppm (part per million - часть на миллион) [2, 4]. Сумма концентраций протия и D, равно как и сумма концентраций трех изотопов кислорода, равна 100 ат.% или миллиону (в единицах ppm).The concentration of isotope D, 17 O, 18 O in the water can be expressed either in parts or in the atomic percentage (atom% or 0/00.), Or in units of ppm (part per million - parts per million) [2, 4]. The sum of the concentrations of protium and D, as well as the sum of the concentrations of the three oxygen isotopes, is 100 at.% Or one million (in ppm units).

По международному стандарту SMOW абсолютное содержание дейтерия и кислорода-18 в океанической воде составляет:According to the international standard SMOW, the absolute content of deuterium and oxygen-18 in ocean water is:

DSMOW/1HSMOW=(155,76±0,05)×10-6, или 155,76 ppmD SMOW / 1 H SMOW = (155.76 ± 0.05) × 10 -6 , or 155.76 ppm

18OSMOW/16OSMOW=(2005,20±0,45)×10-6, или 2005 ppm [3]. 18 O SMOW / 16 O SMOW = (2005.20 ± 0.45) × 10 -6 , or 2005 ppm [3].

Именно эти значения в стандарте SMOW приняты за точку отсчета. Существуют относительные единицы, выражающие содержание дейтерия и кислорода-18 в молекулах воды, приравненные к нулю и обозначаемые для дейтерия как δD=00/00 (или 155,76 ppm), для кислорода-18 δ18O=00/00 (или 2005,2 ppm).It is these values in the SMOW standard that are taken as a reference point. There relative units expressing deuterium and oxygen-18 water molecules equated to zero and referred to as the deuterium δD = 0 0/00 (or 155,76 ppm), oxygen-18, δ 18 O = 0 0/00 ( or 2005.2 ppm).

В образцах проб воды с содержанием изотопных разновидностей молекул Н2О отличающимся от SMOW, величины δD и δ18O выражаются в 0/00 в виде относительного отклонения от нулевого значения в большую (со знаком +) или меньшую (со знаком -) сторону.The samples of water samples with a content of isotope types of H 2 O molecules different from SMOW, values δD and δ 18 O are expressed by the 0/00 as relative deviation from the zero value to a large (+ sign) or less (with the sign -) side.

Для расчета единиц δD и δ18O используется следующая формула [5]:To calculate the units δD and δ 18 O, the following formula is used [5]:

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

В результате проведения математических преобразований и подстановок значений вышеуказанных величин получаем следующую формулу для пересчета концентрации из относительных величин δD и δ18O в единицы ppm:As a result of mathematical transformations and substitutions of the values of the above values, we obtain the following formula for converting the concentration from the relative values of δD and δ 18 O to ppm units:

(D) ppm=155,76 (δD/1000+1)(D) ppm = 155.76 (δD / 1000 + 1)

(18О) ppm=2005,2 (δ18O/1000+1),( 18 O) ppm = 2005.2 (δ 18 O / 1000 + 1),

где (D) ppm и (О) ppm содержание соответственно D и 18О, выраженное в ppm.where (D) ppm and (O) ppm are respectively D and 18 O expressed in ppm.

Наименьшие концентрации дейтерия и кислорода-18, обнаруженные в природной воде, описываются международным стандартом SLAP (стандарт легких антарктических осадков). Концентрация дейтерия по SLAP составляет D/H=89×10-6 (89 ppm или δD=-4280/00). Концентрация кислорода-18 по SLAP составляет 18O/16O=1894×10-6 (1894 ppm или δ18O=-55,50/00) [3].The lowest concentrations of deuterium and oxygen-18 found in natural water are described by the international standard SLAP (Light Antarctic Precipitation Standard). The deuterium concentration by SLAP is D / H = 89 × 10 -6 (89 ppm or δD = -428 0/00). The concentration of oxygen-18 by SLAP is 18 O / 16 O = 1894 × 10 -6 (1894 ppm or δ 18 O = -55,5 0/00) [3].

Изменение концентрации кислорода-17 в природных водах в связи с его физико-химическими свойствами достаточно жестко связано с изменением концентрации кислорода-18. По данным разных авторов соотношение концентраций 18О/17О находится в пределах от 4,9 до 5,5 [6, 7]. Таким образом, концентрация кислорода-17 в природных водах по SMOW составляет 390 ppm (0,039 ат.%), а по SLAP может снижаться до 368 ppm (0,0368 ат.%) [2, 3, 6].The change in the concentration of oxygen-17 in natural waters due to its physicochemical properties is rather rigidly connected with the change in the concentration of oxygen-18. According to various authors, the concentration ratio of 18 O / 17 O is in the range from 4.9 to 5.5 [6, 7]. Thus, the concentration of oxygen-17 in natural waters according to SMOW is 390 ppm (0.039 at.%), And according to SLAP it can decrease to 368 ppm (0.0368 at.%) [2, 3, 6].

Вышеприведенные стандартные значения концентраций тяжелых изотопов дают возможность подсчитать процентное и, в конечном итоге, весовое количество изотопных разновидностей молекул в воде из природных источников в рамках стандартов SMOW и SLAP.The above standard values of the concentration of heavy isotopes make it possible to calculate the percentage and, ultimately, the weight quantity of isotopic species of molecules in water from natural sources in the framework of the SMOW and SLAP standards.

В воде между молекулами Н2О происходит интенсивный изотопный обмен атомами водорода (протием и дейтерием). При этом устанавливается термодинамическое равновесие между изотопными разновидностями молекул воды, содержащими дейтерий. В результате этого процесса наибольшую в количественном отношении долю молекул воды, содержащих дейтерий, составляют молекулы 1HD16О. В водах, близких по изотопному составу к природным, количественная доля молекул D216O, D217O, D218O, HD17O, HD18O мала и составляет в сумме менее 0,0009 г/кг. В дальнейших расчетах доля этих молекул присоединяется к доле 1HD16О.Intensive isotopic exchange of hydrogen atoms (protium and deuterium) occurs in water between H 2 O molecules. In this case, a thermodynamic equilibrium is established between isotopic varieties of water molecules containing deuterium. As a result of this process, the largest quantitatively proportion of water molecules containing deuterium are 1 HD 16 O molecules. In waters close to the natural isotopic composition, the quantitative fraction of D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O, HD 17 O, HD 18 O is small and totals less than 0.0009 g / kg. In further calculations, the fraction of these molecules joins the fraction of 1 HD 16 O.

В результате перераспределения атомов дейтерия между молекулами воды величина 1HD16O/1H16O удваивается по сравнению с величиной D/1H.As a result of the redistribution of deuterium atoms between water molecules, the value of 1 HD 16 O / 1 H 16 O doubles in comparison with the value of D / 1 H.

Например, для SMOW при соотношении концентрации D/1H=155,76×10-6 соотношение концентраций 1HD16О/1H216O удваивается и составляет 311,52×10-6.For example, for SMOW with a concentration ratio of D / 1 H = 155.76 × 10 -6, the concentration ratio of 1 HD 16 O / 1 H 2 16 O doubles and amounts to 311.52 × 10 -6 .

Таким образом, в природных водах в 1000000 молекул Н2О в среднем содержится 997284 молекулы 1Н216O, 311 молекул 1HD16O, 390 молекул 1H217O и около 2005 молекул 1Н218О. Массовая доля и соответствующее ей весовое количество изотопных разновидностей молекул Н2O в природной воде, соответствующей стандарту SMOW, приведено в таблице 1. Аналогичные показатели для природной воды, соответствующей стандарту SLAP, приведены в таблице 2.Thus, in natural waters, 1,000,000 H 2 O molecules contain on average 997,284 molecules of 1 H 2 16 O, 311 molecules of 1 HD 16 O, 390 molecules of 1 H 2 17 O, and about 2005 molecules of 1 H 2 18 O. Mass fraction and the corresponding weight quantity of isotopic varieties of H 2 O molecules in natural water that complies with the SMOW standard is shown in Table 1. Similar indicators for natural water that complies with the SLAP standard are shown in Table 2.

Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000004
Figure 00000005

При расчете молекулярных масс изотопных разновидностей молекул воды использовались следующие значения атомных масс в международных углеродных единицах:When calculating the molecular masses of isotopic varieties of water molecules, the following values of atomic masses in international carbon units were used:

масса 1Н равна 1.007825035,weight 1 N is equal to 1.007825035,

масса D равна 2,014101779,mass D is 2.014101779,

масса 16О равна 15,99491463,mass of 16 O is equal to 15,99491463,

масса 17О равна 16,9991312,the mass of 17 O is equal to 16,9991312,

масса 18О равна 17,9991603 [9].the mass of 18 O is equal to 17,9991603 [9].

Как видно из результатов, представленных в таблицах, в совокупности в природной воде весовая концентрация молекул 1H217O, 1Н218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217О, D218O, может составлять до 2,97 г/кг, что является значимой величиной, сопоставимой с содержанием в природной воде других характерных компонентов. Например, общая минерализация питьевой воды может составлять от 1 до 5 г/кг. Такой переход от условных атомарных единиц к весовым показателям количества изотопных разновидностей молекул Н2О позволяет оценить чистоту и однородность воды по изотопному составу.As can be seen from the results presented in the tables, in total, in natural water, the weight concentration of molecules is 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O, can be up to 2.97 g / kg, which is a significant value comparable to the content of other characteristic components in natural water. For example, the total salinity of drinking water may be from 1 to 5 g / kg. Such a transition from conventional atomic units to weight indicators of the number of isotopic varieties of H 2 O molecules makes it possible to evaluate the purity and uniformity of water by its isotopic composition.

В соответствии с приведенными данными можно условно определить понятия изотопно-легких и изотопно-тяжелых вод.In accordance with the data presented, the concepts of isotope-light and isotope-heavy waters can be arbitrarily defined.

К изотопно-легким относят природную воду, в которой содержание молекул, включающих в себя тяжелые изотопы, приближается к стандарту SLAP. Также к этой категории относятся искусственно полученные воды с пониженной концентрацией дейтерия, но с природным изотопным составом кислорода в Н2О. Такими водами являются «Талая вода», «Реликтовая вода» и ряд других [9-14]. Автором патентов [13, 14] для воды, из которой определенным методом удаляется дейтерий, предлагается собственное название DDW (Deuterium Depleted Water - вода, обедненная по дейтерию) [4].Isotope-light include natural water, in which the content of molecules, including heavy isotopes, approaches the SLAP standard. Also included in this category are artificially produced waters with a low concentration of deuterium, but with a natural oxygen isotopic composition in H 2 O. Such waters are Melt Water, Relic Water, and a number of others [9-14]. The author of patents [13, 14] for water from which deuterium is removed by a specific method, proposes its own name DDW (Deuterium Depleted Water - water depleted in deuterium) [4].

Традиционно в литературе в отношении изотопно-тяжелых вод употребляется несколько терминов.Traditionally, several terms are used in the literature regarding isotopic heavy waters.

Тяжелой водой называется вода с повышенным содержанием дейтерия и природным изотопным составом кислорода.Heavy water is called water with a high deuterium content and a natural oxygen isotopic composition.

Тяжелокислородной водой называется вода с повышенным содержанием кислорода-18 и природным изотопным составом водорода.Heavy oxygen water is called water with a high content of oxygen-18 and the natural isotopic composition of hydrogen.

Тяжелокислородной по кислороду-17 водой называется вода с повышенным содержанием кислорода-17 и природным изотопным составом водорода.Heavily oxygenated oxygen-17 water is called water with a high content of oxygen-17 and the natural isotopic composition of hydrogen.

Таким образом, изотопно-тяжелой, в целом, может считаться вода с увеличенным содержанием, как минимум, одной из разновидностей молекул: 1H217О, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O, и соответственно уменьшенным содержанием молекул 1Н216О, а изотопно-легкой - вода с уменьшенным содержанием, как минимум, одной из разновидностей молекул: 1H217O, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O, и соответственно увеличенным содержанием молекул 1H216О. При этом увеличение или уменьшение количества молекул 1Н216O, а также молекул, содержащих тяжелые изотопы, может быть не только абсолютным (выше или ниже стандартных показателей SMOW и SLAP), но и относительным - по отношению к этому показателю, характерному для питьевой воды в конкретном регионе проживания человека.Thus, in general, water with an increased content of at least one of the types of molecules can be considered isotope-heavy, in general: 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O, and, accordingly, a reduced content of molecules 1 H 2 16 O, and isotope-light - water with a reduced content of at least one of the varieties of molecules: 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O, and, accordingly, an increased content of molecules 1 H 2 16 O. At this increase or decrease in the number of molecules 1 H 2 16 O, as well as molecules containing heavy iso tops, can be not only absolute (above or below the standard indicators SMOW and SLAP), but also relative - in relation to this indicator, characteristic of drinking water in a particular region of a person's residence.

Молекула 1H216О является наиболее легкой из совокупности изотопных разновидностей молекул воды. Поэтому вода с существенно увеличенной долей 1Н216О характеризуется меньшим молекулярным весом, обладает меньшей плотностью и является наиболее легкой в категории изотопно-легких вод. Такая вода в заявленном изобретении терминологически определяется как легкая очищенная или легкая особо чистая вода.The 1 H 2 16 O molecule is the lightest of the totality of isotopic varieties of water molecules. Therefore, water with a significantly increased fraction of 1 H 2 16 O is characterized by a lower molecular weight, has a lower density and is the lightest in the category of isotope-light waters. Such water in the claimed invention is terminologically defined as light purified or light especially pure water.

Физические, химические и биологические свойства изотопно-тяжелых вод (тяжелой по D, тяжелой по кислороду 17O и кислороду 18O) существенно отличаются друг от друга и от свойств природной воды. Например, изменяются температуры кипения и замерзания, плотность скорость химических и биохимических реакций [2, 9, 10, 11]. Это позволяет рассматривать вышеперечисленные тяжелые изотопные модификации Н2О как различные самостоятельные вещества, которые по отношению к воде 1Н216О являются примесями.The physical, chemical and biological properties of isotope-heavy waters (heavy in D, heavy in oxygen 17 O and oxygen 18 O) are significantly different from each other and from the properties of natural water. For example, boiling and freezing temperatures, density and the rate of chemical and biochemical reactions change [2, 9, 10, 11]. This allows us to consider the above heavy isotopic modifications of H 2 O as various independent substances, which are impurities with respect to water 1 H 2 16 O.

Реакция биосистем при воздействии на них Н2О, может изменяться в зависимости от количественных и качественных изменений изотопного состава Н2О. Применение воды с повышенной концентрацией тяжелых изотопов, в частности дейтерия, вызывает выраженные токсические эффекты на уровне организма, ограничивая возможность ее использования в лечебно-профилактических целях [12]. В то же время на разных объектах зарегистрирована положительная биологическая активность вод, полученных с помощью различных технологических процессов, относящихся к категории изотопно-легких, со сниженной в той или иной мере по сравнению с исходной концентрацией дейтерия [4, 13-21]. То есть количественные и качественные показатели изотопного состава воды существенным образом отражаются на ее эффективности при использовании воды в качестве растворителя или ингредиента. Поэтому очевидна необходимость в зависимости от целей применения регулирования изотопного состава воды, употребляемой человеком для технологических процессов, питья, в составе лекарственных, косметических, гигиенических, парфюмерных средств и т.д. Наличие примесей в виде изотопно-тяжелой воды, уменьшая долю 1H216O, изменяет некоторые характеристики и, следовательно, качество воды, так как первичным активным действующим началом является именно вода с молекулярным составом 1Н216O, т.е. собственно «вода по определению» в химическом, физическом и биологическом смыслах. В природных водах количественное соотношение изотопных разновидностей молекул Н2О зависит от географического положения региона, климатических условий, осадков, сезона года [3]. Океаническая вода, которая составляет основную массу воды на Земле, содержит меньшее количество 1Н216O по сравнению с основными запасами пресных вод. Для пресноводных источников этот показатель колеблется, но в целом имеет тенденцию к увеличению по сравнению с океанической водой. Однако природные источники воды с наибольшим содержанием 1Н216O (антарктические и высокогорные ледники), находятся в местах малонаселенных или практически незаселенных человеком.The reaction of biosystems when exposed to H 2 O may vary depending on quantitative and qualitative changes in the isotopic composition of H 2 O. The use of water with an increased concentration of heavy isotopes, in particular deuterium, causes pronounced toxic effects at the body level, limiting the possibility of its use in therapeutic and preventive purposes [12]. At the same time, positive biological activity of waters obtained using various technological processes belonging to the category of isotopic lungs with a decrease to one degree or another compared with the initial concentration of deuterium was recorded at different sites [4, 13-21]. That is, quantitative and qualitative indicators of the isotopic composition of water significantly affect its effectiveness when using water as a solvent or ingredient. Therefore, the need is obvious depending on the purpose of the regulation of the isotopic composition of water used by humans for technological processes, drinking, as part of medicinal, cosmetic, hygienic, perfumery, etc. The presence of impurities in the form of isotope-heavy water, decreasing the proportion of 1 H 2 16 O, changes some characteristics and, therefore, the quality of water, since the primary active principle is precisely water with a molecular composition of 1 H 2 16 O, i.e. actually "water by definition" in the chemical, physical and biological senses. In natural waters, the quantitative ratio of isotopic varieties of H 2 O molecules depends on the geographic location of the region, climatic conditions, precipitation, season of the year [3]. Ocean water, which makes up the bulk of the water on Earth, contains a smaller amount of 1 H 2 16 O compared with the main fresh water reserves. For freshwater sources, this indicator fluctuates, but generally has a tendency to increase compared to ocean water. However, natural sources of water with the highest content of 1 H 2 16 O (Antarctic and high-altitude glaciers) are located in places of sparsely populated or almost uninhabited people.

Хотя изотопный состав атмосферной влаги поверхностных и подземных вод континентов колеблется в довольно широких пределах, эти колебания, однако, подчиняются определенным закономерностям [3]. Например, при уменьшении концентрации дейтерия в атмосферных осадках содержание кислорода-17 и кислорода-18 также снижается. Это обусловлено физико-химическими процессами испарения-конденсации воды, протекающими в природе. Корреляционная зависимость между δD и δ18О для природной воды, построенная на основании большого количества опытных данных, впервые была установлена Крейгом [5] и уравнение регрессии δD=8δ18O+10%o носит его имя.Although the isotopic composition of the atmospheric moisture of the surface and underground waters of the continents varies widely, these fluctuations, however, are subject to certain laws [3]. For example, with a decrease in the concentration of deuterium in atmospheric precipitation, the content of oxygen-17 and oxygen-18 also decreases. This is due to the physicochemical processes of evaporation-condensation of water occurring in nature. The correlation between δD and δ 18 O for natural water, built on the basis of a large number of experimental data, was first established by Craig [5] and the regression equation δD = 8δ 18 O + 10% o bears his name.

Поэтому предпочтительнее, чтобы увеличение содержания 1Н216О в воде при ее промышленном производстве происходило за счет удаления молекул, содержащих не только дейтерий, но и тяжелые изотопы кислорода (17О и 18О).Therefore, it is preferable that the increase in the content of 1 H 2 16 O in water during its industrial production occurs due to the removal of molecules containing not only deuterium, but also heavy oxygen isotopes ( 17 O and 18 O).

Уровень техники по вопросам производства изотопно-легкой воды представлен рядом патентов, однако все они касаются способов и установок, позволяющих снизить в воде в той или иной мере только количество тяжелых изотопов водорода, в основном дейтерия, при сохранении исходного изотопного состава кислорода в Н2О.The prior art on the production of isotope-light water is presented by a number of patents, however, they all relate to methods and installations that reduce to a certain extent only the amount of heavy hydrogen isotopes in water, mainly deuterium, while maintaining the initial oxygen isotopic composition in H 2 O .

Так, описаны способ и установки для получения «талой» и «реликтовой» воды с пониженным содержанием тяжелых изотопов дейтерия и трития [13-15]. Сущность предлагаемого способа состоит в том, что он включает операции охлаждения воды и последующего оттаивания замороженной воды [13]. Однако степень снижения количества дейтерия при этом весьма невелика. Существует установка, позволяющая методом электролиза достигать довольно значительного обеднения воды изотопами дейтерия в условиях отсутствия гравитации с целью использования такой воды в обитаемых космических объектах [16]. Но производительность такой установки крайне мала.So, a method and installation for producing “melt” and “relict” water with a low content of heavy isotopes of deuterium and tritium are described [13-15]. The essence of the proposed method is that it includes the operation of cooling water and subsequent thawing of frozen water [13]. However, the degree of reduction in the amount of deuterium is very small. There is a facility that allows the electrolysis method to achieve a fairly significant depletion of water by deuterium isotopes in the absence of gravity in order to use such water in inhabited space objects [16]. But the performance of such an installation is extremely small.

Наиболее близким техническим решением к объектам наших изобретений является патент RU 2125817 [17].The closest technical solution to the objects of our inventions is the patent RU 2125817 [17].

Согласно этому патенту воду с пониженным содержанием дейтерия получают методами дистилляции и/или стандартного электролиза. Из описания следует, что дистилляция происходит путем кипячения дистиллированной воды в перегонной колонке на 30-50 тарелок при давлении 50-60 мбар с флегмовым числом 12-13 и 10-кратным кубовым остатком. При использовании таких параметров концентрация дейтерия в первых фракциях составляет 20-30 ppm. Увеличивая число тарелок, можно еще снизить содержание дейтерия в воде до 1-10 ppm. В этом же патенте [17] предлагается способ производства D-обедненной воды с использованием электролиза. При этом концентрация D в полученной таким образом воде составляет 30-40 ppm. Далее предлагается смешивать приготовленную такими способами воду с обычной водой до получения содержания дейтерия между 111 и 135 ppm. To есть основной задачей является снижение в получаемой воде только содержания тяжелого изотопа водорода - дейтерия.According to this patent, water with a reduced deuterium content is obtained by distillation methods and / or standard electrolysis. From the description it follows that distillation occurs by boiling distilled water in a distillation column for 30-50 plates at a pressure of 50-60 mbar with a reflux ratio of 12-13 and a 10-fold residue. Using these parameters, the concentration of deuterium in the first fractions is 20-30 ppm. By increasing the number of plates, you can still reduce the deuterium content in water to 1-10 ppm. The same patent [17] proposes a method for producing D-depleted water using electrolysis. The concentration of D in the thus obtained water is 30-40 ppm. It is further proposed to mix the water prepared by such methods with ordinary water until a deuterium content of between 111 and 135 ppm is obtained. That is, the main task is to reduce only the content of the heavy hydrogen isotope deuterium in the produced water.

Хотя снижение содержания дейтерия в воде и приводит к некоторому увеличению доли 1Н216O в H2O, тем не менее обеднение воды только по дейтерию ограничивает возможность дальнейшего увеличения в ней содержания 1Н216О. Как показали наши расчеты, максимально возможное содержание 1Н216О в DDW, как и в любой воде, из которой удаляются только тяжелые изотопы водорода, составляет не более 997,36 г/кг (при минимальном остаточном содержании дейтерия 0,01 ppm), что находится в пределах, близких к природному уровню по стандарту SLAP.Although a decrease in the deuterium content in water leads to a slight increase in the proportion of 1 H 2 16 O in H 2 O, nevertheless, depletion of water by deuterium alone limits the possibility of a further increase in the content of 1 H 2 16 O. As our calculations showed, the maximum possible the content of 1 H 2 16 O in DDW, as in any water from which only heavy hydrogen isotopes are removed, is not more than 997.36 g / kg (with a minimum residual deuterium content of 0.01 ppm), which is in the range close to the natural level according to the SLAP standard.

Таким образом, предложенные способы и установки не дают возможности, тем более в промышленном масштабе, существенным образом увеличить долю 1Н216О в исходной воде. Существенное возрастание доли 1H216O в Н2О возможно лишь при удалении всех разновидностей тяжелых изотопов D, 17О, 18О, точнее при удалении максимального числа молекул, содержащих вышеназванные изотопы: 1Н216О, 1Н217О, 1Н218О, 1HD16О, 1HD17О, 1HD18O, D216O, D217О, D218O.Thus, the proposed methods and installations do not allow, especially on an industrial scale, to significantly increase the proportion of 1 H 2 16 O in the source water. A significant increase in the fraction of 1 H 2 16 O in H 2 O is possible only when all varieties of heavy isotopes D, 17 O, 18 O are removed, more precisely when removing the maximum number of molecules containing the above isotopes: 1 H 2 16 O, 1 H 2 17 O , 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O.

Задачей настоящего изобретения является создание способа и установки для производства воды с повышенным содержанием 1H216O в промышленном масштабе. Исходной водой для производства воды с повышенным содержанием 1Н216О может служить натуральная природная вода, водопроводная вода, вода любой степени очистки (дистиллированная, деионизированная и т.д.).The objective of the present invention is to provide a method and installation for the production of water with a high content of 1 H 2 16 O on an industrial scale. The source water for the production of water with a high content of 1 H 2 16 O can be natural natural water, tap water, water of any degree of purification (distilled, deionized, etc.).

Решение поставленной задачи достигается за счет разработки способа получения легкой воды, предусматривающего ректификацию исходной воды с помощью ректификационной колонны, содержащей контактное устройство, увеличивающее площадь поверхности для взаимодействия пар-жидкость, при этом содержание 1Н216О в легкой воде составляет не менее 997,13 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1Н217О, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляет не более 2,87 г/кг от общего количества Н2О, при этом ректификация включает в себя следующие этапы:The solution to this problem is achieved by developing a method for producing light water, which involves rectification of the source water using a distillation column containing a contact device that increases the surface area for vapor-liquid interaction, while the content of 1 H 2 16 O in light water is at least 997, 13 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O , D February 18 O in the light water is at most 2.87 g / kg of the total amount of H 2 O, and the rectification comprising the following steps:

- приготовление водяного пара из исходной воды с концентрацией 1Н216О, равной C1;- the preparation of water vapor from the source water with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 1 ;

- подача водяного пара в ректификационную колонну;- supply of water vapor to the distillation column;

- взаимодействие пар-жидкость между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком пара на поверхности контактного устройства внутри ректификационной колонны, путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны;- steam-liquid interaction between a downward flow of liquid and an upward flow of steam on the surface of the contact device inside the distillation column, by a countercurrent flow of liquid and steam in the direction of the main fluid flow and the main steam flow along the axis of the column;

- конденсация водяного пара с концентрацией 1Н216О, равной С2, в конденсаторе, установленном в верхней части ректификационной колонны, и накопление части конденсата в виде конденсированной легкой воды, при этом С2>C1;- condensation of water vapor with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 2 in a condenser installed in the upper part of the distillation column, and the accumulation of part of the condensate in the form of condensed light water, while C 2 > C 1 ;

предпочтительно, чтобы давление пара в ректификационной колонне составляло от 0,05 до 0,6 бар;preferably, the vapor pressure in the distillation column is from 0.05 to 0.6 bar;

предпочтительно, чтобы выход сконденсированной легкой воды составлял от 0,001 до 0,25 от общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну.it is preferable that the yield of condensed light water be from 0.001 to 0.25 of the total volume of water vapor passing through the distillation column.

Контактное устройство может быть представлено в виде тарелок.The contact device can be presented in the form of plates.

Предпочтительнее, чтобы контактное устройство представляло собой структурированную или рандомизированную насадку.Preferably, the contact device is a structured or randomized nozzle.

Предпочтительнее, чтобы содержание 1Н216О в полученной легкой воде составляло не менее 997,36 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1Н217О, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляло не более 2,64 г/кг от общего количества Н2О.Preferably, the content of 1 H 2 16 O in the light water obtained is not less than 997.36 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water was not more than 2.64 g / kg of the total amount of H 2 O.

Более предпочтительно, чтобы содержание 1Н216О в легкой воде составляло не менее 997,51 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1Н217О, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляло не более 2,49 г/кг от общего количества Н2О.More preferably, the content of 1 H 2 16 O in light water is not less than 997.51 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water was not more than 2.49 g / kg of the total amount of H 2 O.

Поставленная задача также решается за счет создания установки для получения легкой воды, включающей в себя ректификационную колонну, которая содержит контактное устройство для увеличения поверхности для взаимодействия пар-жидкость, при этом содержание 1Н216О в легкой воде составляет не менее 997,13 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1H217O, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляет не более 2,87 г/кг от общего количества Н2О, при этом установка включает в себя:The problem is also solved by creating an installation for producing light water, which includes a distillation column, which contains a contact device to increase the surface for steam-liquid interaction, while the content of 1 H 2 16 O in light water is at least 997.13 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water is not more than 2.87 g / kg of the total amount of H 2 O, while the installation includes:

- узел приготовления водяного пара из исходной воды с концентрацией 1Н216О, равной C1;- site for the preparation of water vapor from the source water with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 1 ;

- узел подачи водяного пара в ректификационную колонну;- a unit for supplying water vapor to a distillation column;

- ректификационную колонну, представляющую собой узел взаимодействия пар-жидкость между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком пара на поверхности контактного устройства внутри ректификационной колонны путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны;- a distillation column, which is a pair of liquid-vapor interaction between a downward flow of liquid and an upward flow of steam on the surface of the contact device inside the distillation column by means of a counter-flow of liquid and steam while the main fluid flow and the main steam flow are directed along the axis of the column;

- узел конденсации водяного пара с концентрацией 1Н216О, равной С2, в конденсаторе, установленном в верхней части ректификационной колонны, и накопление части конденсата в виде конденсированной легкой воды, при этом С21;- node condensation of water vapor with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 2 in a condenser installed in the upper part of the distillation column, and the accumulation of part of the condensate in the form of condensed light water, while C 2 > C 1 ;

предпочтительно, чтобы давление пара в ректификационной колонне составляло от 0,05 до 0,6 бар;preferably, the vapor pressure in the distillation column is from 0.05 to 0.6 bar;

предпочтительно, чтобы выход сконденсированной легкой воды составлял от 0,001 до 0,25 от общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну.it is preferable that the yield of condensed light water be from 0.001 to 0.25 of the total volume of water vapor passing through the distillation column.

Контактное устройство может быть представлено в виде тарелок.The contact device can be presented in the form of plates.

Предпочтительнее, чтобы контактное устройство представляло собой структурированную или рандомизированную насадку.Preferably, the contact device is a structured or randomized nozzle.

Предпочтительнее, чтобы содержание 1Н216О в полученной легкой воде составляло не менее 997,36 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1H217O, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляло не более 2,64 г/кг от общего количества H2O.Preferably, the content of 1 H 2 16 O in the light water obtained is not less than 997.36 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content is 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water was not more than 2.64 g / kg of the total amount of H 2 O.

Более предпочтительно, чтобы содержание 1Н216О в легкой воде составляло не менее 997,51 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1Н217О, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляло не более 2,49 г/кг от общего количества Н2О.More preferably, the content of 1 H 2 16 O in light water is not less than 997.51 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water was not more than 2.49 g / kg of the total amount of H 2 O.

Иллюстративным примером материала насадки является медь, никель, нержавеющая сталь или сплавы.Illustrative examples of packing material are copper, nickel, stainless steel, or alloys.

Процесс ректификации исходной воды с целью получения воды с повышенным содержанием 1Н216О иллюстрируется фиг.1, где схематично изображена установка, состоящая из узла приготовления водяного пара из исходной воды с концентрацией 1Н216О, равной С1 (1), узла подачи водяного пара в ректификационную колонну (2), узла взаимодействия пар-жидкость, представляющего собой ректификационную колонну (3) с контактным устройством внутри нее (4), узла конденсации водяного пара с концентрацией 1Н216О, равной С2 (5), где С21; стрелками показаны направления потоков восходящего пара и нисходящей жидкости.The process of rectification of the source water in order to obtain water with a high content of 1 H 2 16 O is illustrated in FIG. 1, which schematically shows a plant consisting of a unit for preparing water vapor from the source water with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 1 (1), a unit for supplying water vapor to a distillation column (2), a unit for steam-liquid interaction, which is a distillation column (3) with a contact device inside it (4), a unit for condensing water vapor with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 2 (5 ), where C 2 > C 1 ; the arrows indicate the flow directions of the rising steam and the descending liquid.

Варьируя количество ступеней разделения в колонне, рабочее давление, а также отношение отбора части конденсата в виде воды с повышенным содержанием 1Н216О к потоку жидкости в ректификационной колонне, получаем заданную степень обогащения воды ее наиболее легкой составляющей 1Н216О. Степень обогащения зависит от конкретной цели применения легкой воды.By varying the number of separation stages in the column, the working pressure, as well as the ratio of the selection of a part of the condensate in the form of water with a high content of 1 H 2 16 O to the liquid flow in the distillation column, we obtain a given degree of water enrichment with its lightest component 1 H 2 16 O. enrichment depends on the specific purpose of the application of light water.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание эффективного способа и установки для промышленного производства легкой особо чистой воды с повышенным содержанием 1Н216О. Способ и установка для производства легкой воды, предложенные в патенте, позволяют промышленным путем достигать весьма значительной степени удаления из исходной воды совокупности молекул, содержащих тяжелые изотопы водорода и кислорода: 1Н217О, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O и, следовательно, значительного увеличения содержания Н216О. В результате этого получается новый продукт - легкая особо чистая вода с высокой степенью однородности по изотопному составу. Работ по созданию целенаправленной технологии получения воды с увеличенным содержанием доли 1H216O в патентной и периодической литературе не обнаружено.The technical result of the present invention is the creation of an effective method and installation for the industrial production of light highly pure water with a high content of 1 H 2 16 O. The method and installation for the production of light water, proposed in the patent, allow the industrial way to achieve a very significant degree of removal from the source water molecules containing heavy isotopes of hydrogen and oxygen: 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O and therefore, significantly increasing the content of H 2 16 O. In Performan this yields a new product - the extra pure light water with a high degree of homogeneity by isotope composition. Work on the creation of a targeted technology for producing water with an increased content of 1 H 2 16 O in the patent and periodic literature has not been found.

Процесс производства легкой очищенной воды с повышенным содержанием 1Н216О с применением способа и установки, заявленных в изобретении, продемонстрирован в примере. Пример приведен только для иллюстрации эффективности и возможностей данного изобретения, ни в коей мере не ограничивая области его применения.The production process of light purified water with a high content of 1 H 2 16 O using the method and installation of the invention is shown in the example. An example is given only to illustrate the effectiveness and capabilities of this invention, in no way limiting the scope of its application.

Пример 1 Процесс производства легкой особо чистой воды с повышенным содержанием 1Н216О с применением способа и установки, заявленных в изобретении.Example 1 The production process of light highly pure water with a high content of 1 H 2 16 O using the method and installation of the invention.

Исходная дистиллированная вода с содержанием 1Н216О, равным 997,0927 г/кг (концентрация С1), поступает в отдельную емкость для приготовления водяного пара (1, фиг.1). Пар вырабатывается с помощью тепло-электронагревательных элементов общей мощности 12 кВт. Полученный водяной пар направляется в ректификационную колонну через специальный узел подачи и распределения водяного пара (2, фиг.1), примыкающий к основанию ректификационной колонны. Отсюда водяной пар поступает непосредственно в ректификационную колонну, представляющую собой узел взаимодействия между восходящим потоком пара и нисходящим потоком жидкости (3, фиг.1). Процесс происходит путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны. Колонна представляет собой полый цилиндр, выполненный из нержавеющей стали 02Х12Т, толщина стенки 2 мм, высотой 6000 мм, диаметром 100 мм. Внутреннее пространство колонны засыпным способом заполнено рандомизированной насадкой (4, фиг.1) для увеличения поверхности взаимодействия между восходящим потоком пара и нисходящим потоком жидкости в ректификационной колонне.The source distilled water with a content of 1 H 2 16 O equal to 997.0927 g / kg (concentration C 1 ), enters a separate container for the preparation of water vapor (1, Fig. 1). Steam is generated using heat-electric heating elements with a total power of 12 kW. The resulting water vapor is sent to the distillation column through a special unit for supplying and distributing water vapor (2, Fig. 1) adjacent to the base of the distillation column. From here, water vapor enters directly into the distillation column, which is a site of interaction between the upward flow of steam and the downward flow of liquid (3, Fig. 1). The process occurs by a countercurrent of liquid and steam in the direction of the main fluid flow and the main steam flow along the axis of the column. The column is a hollow cylinder made of 02X12T stainless steel, wall thickness 2 mm, height 6000 mm, diameter 100 mm. The internal space of the column in a filling way is filled with a randomized nozzle (4, Fig. 1) to increase the interaction surface between the ascending vapor stream and the descending liquid stream in the distillation column.

Насадка представляет собой 3-миллиметровые спирально-призматические элементы, выполненные из нержавеющей проволоки диаметром 0,2 мм. Удельная поверхность насадки составляет 2550 м23, доля свободного объема 0,84 м23, масса единицы объема 1100 кг/м3.The nozzle is a 3 mm spiral prismatic elements made of stainless wire with a diameter of 0.2 mm. The specific surface of the nozzle is 2550 m 2 / m 3 , the fraction of free volume is 0.84 m 2 / m 3 , the mass of a unit volume is 1100 kg / m 3 .

Процесс обогащения водяного пара наиболее легкими молекулами происходит в ректификационной колонне на поверхности контактного устройства (насадки) при температуре 60°С и давлении 0,2 бар. Полученный водяной пар с повышенным содержанием 1Н216О в объеме 16 л/час конденсируется в узле конденсации (5, фиг.1), расположенном в верхней части ректификационной колонны. Выход сконденсированной легкой воды составляет 0,025 часть от общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну, и равен 0,4 л/час. Готовый продукт - легкая вода с повышенным содержанием 1Н216О, равным 997.65 г/кг (концентрация С2; при этом С2>C1).The process of water vapor enrichment with the lightest molecules takes place in a distillation column on the surface of the contact device (nozzle) at a temperature of 60 ° C and a pressure of 0.2 bar. The resulting water vapor with a high content of 1 H 2 16 O in a volume of 16 l / h is condensed in a condensation unit (5, Fig. 1) located in the upper part of the distillation column. The yield of condensed light water is 0.025 part of the total volume of water vapor passing through the distillation column, and is equal to 0.4 l / h. The finished product is light water with a high content of 1 H 2 16 O equal to 997.65 g / kg (concentration of C 2 ; in this case, C 2 > C 1 ).

Источники информацииInformation sources

1. Глинка. Общая химия. М.: «Химия», 1975 г., стр.102.1. Glinka. General chemistry. M .: "Chemistry", 1975, p. 102.

2. Андреев Б.М., Зельвенский Я.Д., Катальников С.Г. Тяжелые изотопы водорода в ядерной технике. Москва: ИздАТ, 2000 г., с.186.2. Andreev B.M., Zelvensky Y.D., Katalnikov S.G. Heavy hydrogen isotopes in nuclear technology. Moscow: Publishing house, 2000, p.186.

3. Ферронский В.И., Поляков В.А. Изотопия гидросферы. М.: Наука, 1983 г., стр.47., стр.10, 47, 46, 10.3. Ferronsky V.I., Polyakov V.A. Isotopy of the hydrosphere. M .: Nauka, 1983, p. 47., P. 10, 47, 46, 10.

4. Somlyai G. «Let's Defeat Cancer!». Akademiai Kiado, Budapest, 2001.4. Somlyai G. “Let's Defeat Cancer!” Akademiai Kiado, Budapest, 2001.

5. Creig H. «Standard for reporting concentration of deuterium and oxygen-18 in natural water». Science, 1961, vol.133, p.1833-1834.5. Creig H. "Standard for reporting concentration of deuterium and oxygen-18 in natural water." Science, 1961, vol. 133, p. 1833-1834.

6. Шатенштейн А.И. Варшавский Я.М. и соавт. Изотопный анализ воды. Москва: Издательство Академии Наук, 1954 г., стр.15.6. Shatenshtein A.I. Warsaw Y.M. et al. Isotopic analysis of water. Moscow: Academy of Sciences Publishing House, 1954, p. 15.

7. ACOS Bulletin, №21, October 1979, стр.14.7. ACOS Bulletin, No. 21, October 1979, p. 14.

8. Куликов И.С. Изотопы и свойства элементов. Справочник. Москва: Металлургия, 1990.8. Kulikov I.S. Isotopes and properties of elements. Directory. Moscow: Metallurgy, 1990.

9. Кульский Л.А., Гороновский И.Т., Когановский А.М., Шевченко М.А. Справочник по свойствам, методам анализа и очистке воды. Киев: Наукова думка, 1980.9. Kulsky L.A., Goronovsky I.T., Koganovsky A.M., Shevchenko M.A. Handbook of properties, methods of analysis and water purification. Kiev: Naukova Dumka, 1980.

10. Лобышев В.И., Калиниченко Л.П. Изотопные эффекты D2O в биологических системах. Москва: Наука, 1978 г.10. Lobyshev V.I., Kalinichenko L.P. Isotopic effects of D 2 O in biological systems. Moscow: Science, 1978

11. Лобышев В.И. Механизмы термодинамических и кинетических изотопных эффектов D2O в биологических системах Автореф. докт. диссертации. Москва, - 1987 (биофак МГУ).11. Lobyshev V.I. Mechanisms of thermodynamic and kinetic isotopic effects of D 2 O in biological systems. Doct. dissertations. Moscow, - 1987 (Biological Faculty of Moscow State University).

12. Kushner D.J., Baker F., Dunstall T.G. Can. J. Physiol. Pharmacol. 1999, Feb.77(2): 79-88.12. Kushner D.J., Baker F., Dunstall T.G. Can. J. Physiol. Pharmacol 1999, Feb. 77 (2): 79-88.

13. Патент RU 2031085. Способ получения биологически активной питьевой воды и установка вин-6 для его осуществления. Варнавский И.И. и др.13. Patent RU 2031085. A method for producing biologically active drinking water and the installation of wines-6 for its implementation. Varnavsky I.I. and etc.

14. Патент RU 2091335. Установка ВИН-7 "Надiя" для получения целебной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия и трития "Реликтовая вода". Варнавский И.Н. и др.14. Patent RU 2091335. Installation of VIN-7 "Nadiya" for the production of healing drinking water with a low content of deuterium and tritium "Relic water". Varnavsky I.N. and etc.

15. Патент RU 2091336. "Способ получения целебной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия и трития "Реликтовая вода". Варнавский И.Н. и др.15. Patent RU 2091336. "A method for producing medicinal drinking water with a low content of deuterium and tritium" Relic water ". Varnavsky I.N. and others.

16. Патент RU 2182562. Способ получения биологически активной питьевой воды с пониженным содержанием дейтерия устройство для ее получения. Государственный научный центр Российской Федерации Институт медико-биологических проблем, Синяк Ю.Е.16. Patent RU 2182562. A method for producing biologically active drinking water with a reduced deuterium content, a device for producing it. State Scientific Center of the Russian Federation Institute of Biomedical Problems, Sinyak Yu.E.

17. Патент RU 2125817. Пищевой продукт для профилактики развития заболеваний и способ производства пищевых продуктов, пригодных для профилактики развития опухолевых заболеваний. Шомяи Г. (Hu).17. Patent RU 2125817. A food product for the prevention of the development of diseases and a method for the production of food products suitable for the prevention of the development of tumor diseases. Shomiai G. (Hu).

18. Патент RU 2139062. Гигиенические и косметические препараты для профилактики и лечения заболеваний кожи. Шомяи Г. (Hu).18. Patent RU 2139062. Hygienic and cosmetic preparations for the prevention and treatment of skin diseases. Shomiai G. (Hu).

19. Синяк Ю.Е., Левинских М.А., Гайдадымов В.Б., и др. Организм и окружающая среда: жизнеобеспечение и защита человека в экстремальных условиях (материалы Российской конференции) Москва, 26-29 сентября 2000 г., стр.90-92.19. Sinyak Yu.E., Levinsky MA, Gaydadymov VB, and others. Organism and the environment: life support and human protection in extreme conditions (materials of the Russian Conference) Moscow, September 26-29, 2000, pg. 90-92.

20. Синяк Ю.Е., Гурьева Т.С., Гайдадымов В.Б., и др. Космическая биология и авиакосмическая медицина. (Тезисы док. 11 конференции), Москва, Россия, 22-26 июня, 1998 г., стр.201-202.20. Sinyak Yu.E., Guryeva TS, Gaydadymov VB, et al. Space biology and aerospace medicine. (Abstracts of the conference. 11 conference), Moscow, Russia, June 22-26, 1998, pp. 201-202.

21. Родимов Б.Н. Действие снеговой воды на живые организмы. «Сельскохозяйственное производство Сибири и Дальнего Востока». Омск 4, 1965 г., стр.56-57.21. Rodimov B.N. The effect of snow water on living organisms. "Agricultural production of Siberia and the Far East." Omsk 4, 1965, pp. 56-57.

Claims (10)

1. Способ получения легкой воды, предусматривающий ректификацию содержащей исходной воды с помощью ректификационной колонны, содержащей контактное устройство, увеличивающее площадь поверхности для взаимодействия пар-жидкость, при этом содержание 1Н216О в легкой воде составляет не менее 997,13 г/кг от общего количества H2O, а суммарное содержание 1H217O, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляет не более 2,87 г/кг от общего количества Н2O, при этом ректификация включает в себя следующие этапы:1. A method of producing light water, comprising rectification of the source water using a distillation column containing a contact device that increases the surface area for vapor-liquid interaction, while the content of 1 H 2 16 O in light water is at least 997.13 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water is not more than 2.87 g / kg of the total amount of H 2 O, while rectification includes the following steps: приготовление водяного пара из исходной воды с концентрацией 1Н216O, равной С1;the preparation of water vapor from the source water with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 1 ; подачу водяного пара в ректификационную колонну;steam supply to the distillation column; взаимодействие пар-жидкость между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком пара на поверхности контактного устройства внутри ректификационной колонны путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны;steam-liquid interaction between a downward flow of liquid and an upward flow of steam on the surface of the contact device inside the distillation column by countercurrent flow of liquid and steam while the main flow of liquid and main flow of steam along the axis of the column; конденсацию водяного пара с концентрацией 1Н216O, равной С2, в конденсаторе, установленном в верхней части ректификационной колонны, и накопление части конденсата в виде конденсированной легкой воды, при этом С21;condensation of water vapor with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 2 in a condenser installed in the upper part of the distillation column, and the accumulation of part of the condensate in the form of condensed light water, while C 2 > C 1 ; при этом давление пара в ректификационной колонне составляет от 0,05 до 0,6 бар и выход конденсированной легкой воды составляет от 0,001 до 0,25 общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну.the vapor pressure in the distillation column is from 0.05 to 0.6 bar and the yield of condensed light water is from 0.001 to 0.25 of the total volume of water vapor passing through the distillation column. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактное устройство представлено в виде тарелок.2. The method according to claim 1, characterized in that the contact device is presented in the form of plates. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что контактное устройство представлено в виде структурированной или рандомизированной насадки.3. The method according to claim 1, characterized in that the contact device is presented in the form of a structured or randomized nozzle. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание 1Н216O в легкой воде составляет не менее 997,36 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1Н217О, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляет не более 2,64 г/кг от общего количества Н2О.4. The method according to claim 1, characterized in that the content of 1 H 2 16 O in light water is not less than 997.36 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water is not more than 2.64 g / kg of the total amount of H 2 O. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание 1Н216О в легкой воде составляет не менее 997,51 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1Н217O, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляет не более 2,49 г/кг от общего количества Н2О.5. The method according to claim 1, characterized in that the content of 1 H 2 16 O in light water is not less than 997.51 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water is not more than 2.49 g / kg of the total amount of H 2 O. 6. Установка для получения легкой воды, включающая ректификационную колонну, которая содержит контактное устройство для увеличения поверхности для взаимодействия пар-жидкость, при этом содержание 1H216О в легкой воде составляет не менее 997,13 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1H217O, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляет не более 2,87 г/кг от общего количества Н2О,6. Installation for producing light water, including a distillation column, which contains a contact device to increase the surface for steam-liquid interaction, while the content of 1 H 2 16 O in light water is not less than 997.13 g / kg of the total amount of H 2 Oh, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water is no more than 2.87 g / kg of the total amount of H 2 O, при этом установка включает в себяthis installation includes узел приготовления водяного пара из исходной воды с концентрацией 1Н216О, равной C1;a unit for preparing water vapor from the source water with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 1 ; узел подачи водяного пара в ректификационную колонну;a unit for supplying water vapor to a distillation column; ректификационную колонну, представляющую собой узел взаимодействия пар-жидкость между нисходящим потоком жидкости и восходящим потоком пара на поверхности контактного устройства внутри ректификационной колонны путем противотока жидкости и пара при направлении основного потока жидкости и основного потока пара вдоль оси колонны;distillation column, which is a pair of liquid-vapor interaction between a downward flow of liquid and an upward flow of steam on the surface of the contact device inside the distillation column by countercurrent flow of liquid and steam while the main flow of liquid and main flow of steam along the axis of the column; узел конденсации водяного пара с концентрацией 1H216O, равной С2, в конденсаторе, установленном в верхней части ректификационной колонны, и накопление части конденсата в виде конденсированной легкой воды, при этом C2>C1;a unit for condensation of water vapor with a concentration of 1 H 2 16 O equal to C 2 in a condenser installed in the upper part of the distillation column, and the accumulation of part of the condensate in the form of condensed light water, while C 2 > C 1 ; при этом давление пара в ректификационной колонне составляет от 0,05 до 0,6 бар и выход конденсированной легкой воды составляет от 0,001 до 0,25 общего объема водяного пара, прошедшего через ректификационную колонну.the vapor pressure in the distillation column is from 0.05 to 0.6 bar and the yield of condensed light water is from 0.001 to 0.25 of the total volume of water vapor passing through the distillation column. 7. Установка по п.6, отличающаяся тем, что контактное устройство представлено в виде тарелок.7. Installation according to claim 6, characterized in that the contact device is presented in the form of plates. 8. Установка по п.6, отличающаяся тем, что контактное устройство представлено структурированной или рандомизированной насадкой.8. Installation according to claim 6, characterized in that the contact device is a structured or randomized nozzle. 9. Установка по п.6, отличающаяся тем, что содержание 1Н216О в легкой воде составляет не менее 997,36 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1H217O, 1Н218О, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляет не более 2,64 г/кг от общего количества Н2О.9. The installation according to claim 6, characterized in that the content of 1 H 2 16 O in light water is not less than 997.36 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content of 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water is not more than 2.64 g / kg of the total amount of H 2 O. 10. Установка по п.6, отличающаяся тем, что содержание 1Н216О в легкой воде составляет не менее 997,51 г/кг от общего количества Н2О, а суммарное содержание 1H217O, 1H218O, 1HD16O, 1HD17O, 1HD18O, D216O, D217O, D218O в легкой воде составляет не более 2,49 г/кг от общего количества Н2О.10. Installation according to claim 6, characterized in that the content of 1 H 2 16 O in light water is at least 997.51 g / kg of the total amount of H 2 O, and the total content is 1 H 2 17 O, 1 H 2 18 O, 1 HD 16 O, 1 HD 17 O, 1 HD 18 O, D 2 16 O, D 2 17 O, D 2 18 O in light water is not more than 2.49 g / kg of the total amount of H 2 O.
RU2004116216/15A 2004-05-28 2004-05-28 Method and plant for production of light water RU2295493C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004116216/15A RU2295493C2 (en) 2004-05-28 2004-05-28 Method and plant for production of light water

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004116216/15A RU2295493C2 (en) 2004-05-28 2004-05-28 Method and plant for production of light water

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004116216A RU2004116216A (en) 2005-11-10
RU2295493C2 true RU2295493C2 (en) 2007-03-20

Family

ID=35865103

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004116216/15A RU2295493C2 (en) 2004-05-28 2004-05-28 Method and plant for production of light water

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2295493C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2612667C1 (en) * 2015-10-13 2017-03-13 Общество с ограниченной ответственностью "МТК Айсберг" Device for production of water with reduced heavy molecules content
RU2775889C1 (en) * 2021-04-05 2022-07-11 Виталий Алексеевич Узиков Method and unit for isotopic separation of water with molecules containing heavy hydrogen isotopes

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНДРЕЕВ Б.М. и др., Разделение стабильных изотопов физико-химическими методами, Москва, Энергоатомиздат, 1982, сс.44-49, 68-69, 75-79. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2612667C1 (en) * 2015-10-13 2017-03-13 Общество с ограниченной ответственностью "МТК Айсберг" Device for production of water with reduced heavy molecules content
WO2017065647A1 (en) * 2015-10-13 2017-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "МТК Айсберг" Device for producing water having reduced heavy molecule content
US10688436B2 (en) 2015-10-13 2020-06-23 Obschestvo S Ogranichennoj Otvetstvennostyu “Mtk Ajsberg” Device for producing water having reduced heavy molecule content
RU2775889C1 (en) * 2021-04-05 2022-07-11 Виталий Алексеевич Узиков Method and unit for isotopic separation of water with molecules containing heavy hydrogen isotopes

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004116216A (en) 2005-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6033678A (en) Microclustered Water
Do et al. Fractionating of lemongrass (Cymbopogon citratus) essential oil by vacuum fractional distillation
Romdhane et al. The kinetic modelling of a steam distillation unit for the extraction of aniseed (Pimpinella anisum) essential oil
DE60201608D1 (en) DISTILLATION DEVICE FOR LIQUIDS, METHOD FOR DISTILLING LIQUIDS, AND EQUIPMENT CONTAINING THE DISTILLATION DEVICE FOR TREATING WASTE WATER
Kaplan et al. Trace organic compound removal from wastewater reverse-osmosis concentrate by advanced oxidation processes with UV/O3/H2O2
RU2295493C2 (en) Method and plant for production of light water
Li et al. Evaporation process for treating high-salinity industrial wastewater at low temperatures and ambient pressure
Korotkova et al. Calculating a rectification column for separating mixtures of light and heavy water
Abujazara et al. Evaluation quality of desalinated water derived from inclined copper-stepped solar still
Xue et al. Mass transfer of acrylonitrile wastewater treatment by high gravity air stripping technology
Ghazouani et al. Greenhouse Desalination by Humidification–Dehumidification Using a Novel Green Packing Material
US10688436B2 (en) Device for producing water having reduced heavy molecule content
EP2039364B1 (en) Means and method for enhancing a human sexual activity
Mohamed Study on important parameters affecting the hydro-distillation for ginger oil production
Mosin et al. Isotope purification of drinking water from heavy isotopes deuterium (2H), tritium (3H) and oxygen (18O)
RU134442U1 (en) LOW ELECTROLYTIC WATER PRODUCTION LINE WITH DEUTERIUM
US11505476B1 (en) Sub-ambient solar desalination system
RU2097341C1 (en) Method for producing high-purity curative drinking water "god's dew" ("grand water")
Vishwakarma Liquid–liquid extraction of 2, 3-butanediol: performance of packed extraction column using continuous countercurrent
RU2605123C1 (en) Method and device for producing biologically active drinking water with low content of deuterium
RU138803U1 (en) LINE FOR PRODUCING DECLETED WATER DATTERIUM
Tadjine et al. Removal of Pharmaceutical Pollutants from Wastewater: Adsorption of an Antibiotic (Amoxicillin) on Activated Carbon
Klinov et al. Amino Ethers of Ortho-Phosphoric Acid as Extragents for Ethanol Dehydration
Barnard Treatment of Cannabinoids in Wastewater
RU2521627C1 (en) Method of producing water with low content of deuterium

Legal Events

Date Code Title Description
PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20080818

QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20110413

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170529