本發(fā)明涉及同位素分離，更具體的說是涉及一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

1、同位素在國防、宇宙探索、醫(yī)療醫(yī)學等領(lǐng)域內(nèi)具有重要應用，其提取具有相當困難性。同位素分離是研究同一元素的不同同位素之間的分離，被分離的同位素應屬同一原子序數(shù)的同一元素。

2、分離濃縮穩(wěn)定同位素的方法有很多，早期主要有熱擴散法、電解法、激光法、離心法和吸附法，其生產(chǎn)能力也是在百克級的小規(guī)模，主要用于研究領(lǐng)域的示蹤應用。元素各同位素及其化合物的蒸氣壓有差別，可以用精餾法分離同位素。精餾的分離系數(shù)等于被分離二組分純蒸氣壓之比，并且隨溫度的降低和分子量的減少而增加。由于精餾法的工藝成熟、方法簡單可靠，一些輕同位素多用此法來生產(chǎn)，如用低溫精餾1h/2h、16o/18o、12c/13c、14n/15n、10b/11b等輕原子量同位素。

3、但是，現(xiàn)有的同位素分離系統(tǒng)里，系統(tǒng)管路比較復雜，實際設置比較麻煩，關(guān)于廢料沒有進行集中處理，處理方式有待優(yōu)化；并且對于分離塔內(nèi)的液體元素進行低溫精餾分離而導致減少的部分沒有進行補充，無法保持精餾平衡；并且同位素產(chǎn)品也需要進行處理。

4、因此，如何提供一種優(yōu)化系統(tǒng)管路、集中處理廢料、保持精餾平衡并且穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮的系統(tǒng)和方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮的系統(tǒng)和方法，旨在解決上述背景技術(shù)中的問題之一，優(yōu)化系統(tǒng)管路、集中處理廢料、保持精餾平衡。

2、為了實現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供了一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，包括：

3、分離塔，所述分離塔設置多個，每兩個所述分離塔之間串聯(lián)設置，多個所述分離塔均連通設置，每個所述分離塔上均設有上部進氣口、上部出氣口、下部進液口、底部進液口、底部出液口和進料口；

4、冷凝器，所述冷凝器設置多個，每個所述冷凝器分別連通相鄰兩個所述分離塔，每個所述冷凝器的熱端與所述分離塔的上部出氣口連通，每個所述冷凝器的冷端與相鄰的另一個所述分離塔的下部進液口連通；

5、第一換熱器和第二換熱器，所述第一換熱器與第一個所述分離塔的下部進氣口連通，所述第二換熱器與最后一個所述分離塔的上部出氣口通過所述冷凝器連通；

6、再沸器，所述再沸器設置多個，每個所述再沸器的冷端與所述分離塔的底部出液口連通，每個所述再沸器的熱端與所述分離塔的上部進氣口連通，每個所述再沸器的冷端還與相鄰的另一個所述分離塔的底部進液口連通，最后一個所述分離塔的底部出液口與所述第二換熱器通過所述再沸器連通。

7、進一步的，還包括混合器，每個所述冷凝器的熱端均與所述混合器連通。

8、進一步的，還包括原料罐和廢料罐，所述原料罐與所述第一換熱器的熱端連通，所述原料罐還與所述混合器連通，所述原料罐與所述第一換熱器的連通管路上設有雜質(zhì)吸附器，所述雜質(zhì)吸附器與所述廢料罐連通，所述混合器也與所述廢料罐連通。

9、進一步的，還包括液體原料罐，所述液體原料罐與每個所述分離塔的進料口連通，每個所述分離塔與所述液體原料罐之間的連通管路上均設有液體截止閥，每個所述冷凝器與分離塔下部進液口連通的管路上也設有所述液體截止閥。

10、進一步的，還包括減壓閥，所述減壓閥設置多個，每個所述減壓閥分別設置在每個所述再沸器的冷端與所述分離塔的底部出液口連通的管路上。

11、進一步的，還包括截止閥，所述截止閥設置多個，每個所述截止閥分別設置在每個所述冷凝器與所述混合器連通的管路上，所述第一換熱器與第一個分離塔的連通管路上也設有所述截止閥。

12、進一步的，還包括外部冷源，所述外部冷源設置在所述換熱器上，通過所述外部冷源對整個系統(tǒng)進行降溫。

13、進一步的，還包括真空泵，所述真空泵與第一個所述分離塔連通。

14、進一步的，還包括采樣泵，所述采樣泵設置多個，多個所述采樣泵分別設置在每個所述冷凝器的冷端與相鄰另一個所述分離塔的下部進液口連通的管路上以及每個所述再沸器的冷端與相鄰的另一個所述分離塔的底部進液口連通的管路上。

15、另一方面，本發(fā)明還提供了一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮方法，包括以下步驟：

16、步驟一，通過真空泵將所有串聯(lián)設置的分離塔以及連通管路進行抽真空處理，通過外部冷源對整個系統(tǒng)進行降溫，通過液體原料罐向每個分離塔的進料口補充液體原料；

17、步驟二，通過原料罐提供原料，進入雜質(zhì)吸附塔將原料過濾，廢料排入廢料罐，過濾后的原料進入第一換熱器內(nèi)，打開第一換熱器與第一個分離塔下部進氣口連通管路上的截止閥，原料被第一換熱器加熱后進入第一個分離塔內(nèi)；

18、步驟三，進入第一個分離塔內(nèi)的原料經(jīng)過分離塔處理蒸發(fā)，通過分離塔的上部出氣口進入冷凝器的熱端，然后經(jīng)過冷凝器冷凝為液相進入下一個分離塔的下部進液口，第一個分離塔內(nèi)底部的液體原料通過減壓閥減壓后進入再沸器處理，一部分被再沸器加熱氣化為氣相通過上部進氣口返回原分離塔內(nèi)，一部分液相通過底部進液口進入下一個分離塔內(nèi)，即每個分離塔對應的冷凝器提供該塔的初始液相，每個分離塔對應的再沸器提供該塔的初始汽相，汽液在每個分離塔內(nèi)逆流接觸，不斷交替進行同位素交換重整及汽液精餾兩個過程；

19、步驟四：按步驟三循環(huán)至最后一個分離塔，分離塔內(nèi)的氣相通過最后一個分離塔的上部出氣口進入冷凝器的熱端，然后經(jīng)過冷凝器冷凝為液相進入第二換熱器處理，分離塔內(nèi)的液相通過再沸器進入第二換熱器處理，第二換熱器對氣相和液相進行換熱處理后產(chǎn)出產(chǎn)品。

20、步驟五：每個冷凝器內(nèi)將所有分離塔的頂部的排氣通過混合器匯合，將原料回收進入原料罐，將廢料排入廢料罐，通過液體原料罐與每個分離塔的進料口連通，補充分離塔底部的液體原料減少的部分。

21、經(jīng)由上述的技術(shù)方案可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明公開提供了一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮的系統(tǒng)和方法，通過設置多個分離塔之間串聯(lián)設置，

22、每個冷凝器分別連通相鄰兩個分離塔，每個再沸器與分離塔以及相鄰的另一個分離塔連通，通過再沸器和冷凝器配合，可以節(jié)約能耗，簡化工藝，每個分離塔均能同時交替實現(xiàn)同位素交換重整及汽液精餾兩種過程，克服傳統(tǒng)同位素低溫分離塔單一精餾功能的缺點；通過設置第一換熱器，對原料進行處理，提高同位素的分離濃縮效率；通過設置第二換熱器，能夠?qū)ν凰禺a(chǎn)品進行處理，生產(chǎn)使用更合理。

技術(shù)特征：

1.一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，還包括混合器，每個所述冷凝器的熱端均與所述混合器連通。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，還包括原料罐和廢料罐，所述原料罐與所述第一換熱器的熱端連通，所述原料罐還與所述混合器連通，所述原料罐與所述第一換熱器的連通管路上設有雜質(zhì)吸附器，所述雜質(zhì)吸附器與所述廢料罐連通，所述混合器也與所述廢料罐連通。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，還包括液體原料罐，所述液體原料罐與每個所述分離塔的進料口連通，每個所述分離塔與所述液體原料罐之間的連通管路上均設有液體截止閥，每個所述冷凝器與分離塔下部進液口連通的管路上也設有所述液體截止閥。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，還包括減壓閥，所述減壓閥設置多個，每個所述減壓閥分別設置在每個所述再沸器的冷端與所述分離塔的底部出液口連通的管路上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，還包括截止閥，所述截止閥設置多個，每個所述截止閥分別設置在每個所述冷凝器與所述混合器連通的管路上，所述第一換熱器與第一個分離塔的連通管路上也設有所述截止閥。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，還包括外部冷源，所述外部冷源設置在所述換熱器上，通過所述外部冷源對整個系統(tǒng)進行降溫。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，還包括真空泵，所述真空泵與第一個所述分離塔連通。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮系統(tǒng)，其特征在于，還包括采樣泵，所述采樣泵設置多個，多個所述采樣泵分別設置在每個所述冷凝器的冷端與相鄰另一個所述分離塔的下部進液口連通的管路上以及每個所述再沸器的冷端與相鄰的另一個所述分離塔的底部進液口連通的管路上。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種穩(wěn)定同位素低溫分離濃縮的系統(tǒng)和方法。涉及同位素分離技術(shù)領(lǐng)域，包括：分離塔，設置多個，每兩個分離塔之間串聯(lián)設置；冷凝器，設置多個，每個冷凝器分別連通相鄰兩個分離塔，每個冷凝器與分離塔連通，每個冷凝器與相鄰的另一個分離塔連通；第一換熱器，與第一個分離塔連通，第二換熱器，與最后一個分離塔通過冷凝器連通；再沸器，設置多個，每個再沸器與分離塔連通，每個再沸器與分離塔連通，每個再沸器還與相鄰的另一個分離塔連通，最后一個分離塔與第二換熱器通過再沸器連通。本發(fā)明通過設置多個分離塔之間串聯(lián)設置，每個冷凝器分別連通相鄰兩個分離塔，每個再沸器與分離塔以及相鄰的另一個分離塔連通，各個組件之間連通管路的設置更合理，使用更方便。

技術(shù)研發(fā)人員：徐鵬飛,劉振興,張福星,吳希,儲誠節(jié),任英
受保護的技術(shù)使用者：安徽中核桐源科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17