[发明专利]一种由天然水生产含18O水的节能装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种浓缩同位素氧-18的方法，尤其是涉及一种由天然水生产含 ¹⁸O水的节能方法和装置。 

背景技术

自然界中，氧(O)元素有三种稳定同位素：¹⁶O、¹⁷O和¹⁸O，其质量数分别为16、17和18，天然丰度分别为99.763％、0.037％和0.2％。其中氧-18被广泛应用于物理化学、生物学、医学和环境科学等领域。氧-18水又叫重氧水，在医学领域应用广泛，在PET(正电子发射断层显象)技术中用于制备显象剂，可以从分子水平提供病变信息，比CT更早期、准确、灵敏的诊断疾病。 

获得氧-18的方法有很多种，例如热扩散法、化学交换法、电解法、色谱法、精馏法等。工业中生产氧-18的方法有水(真空)精馏法、一氧化氮低温精馏法以及液氧低温精馏法，其中水(真空)精馏法的原料为天然水，原料来源方便，价格低廉，生产辅助设备少，系统装置简单，操作安全，不污染环境，是当今氧-18生产的主要方法，但由于同位素组分之间的蒸气压相差很小，获得高丰度的氧-18水必须采用多塔级联操作。 

中国专利CN 100342955C中描述了生产重氧水的方法及用于富集重氧同位素水的水精馏装置。在由包含多个串联或串联/并联的精馏塔内富集重氧水，其中各精馏塔的塔顶操作压力控制在绝对压力为80～300mmHg，全塔的压力控制在150～250mmHg之间。该技术中，要对多个串联或串联/并联的精馏塔系统建立真空，在需要抽真空的塔顶安装冷凝器和再冷器，建立预定的压力分布，并确保不损失中间产品。 

中国专利CN 101053698A中描述了液汽连接分段减压水精馏生产氧-18的系统，包括通过按梯形级联方式连接的若干级直径逐级缩小的精馏塔、冷凝器、再冷器、再沸器以及计量泵组成的级联装置，在级联装置中，前若干级塔及最后两级塔， 每相邻两塔组成一段，段中后塔塔顶通过气体管道与前塔底部直接连通；各段中的前塔以及不组段的塔的塔顶均通过管道依次连通冷凝器、再冷器，再冷器还与真空管道连通，进行分段减压。该技术中，也是通过在需要抽真空的塔顶安装冷凝器和再冷凝器，建立设计的压力分布，确保不损失中间产品。 

中国专利CN 101293635A中描述了同时生产氧-18水及贫氘水的方法。该方法采用3600块塔板级的级联精馏塔精馏天然水，其公开的工艺参数为：控制级联各塔的塔头压力均为60～110mmHg，塔底压力为220～350mmHg。塔顶产品为氘含量不高于50ppm的贫氘水，塔底产品为氧-18含量不低于97.36％的氧-18水。 

综合以上文献可知，水(真空)精馏法生产重氧水的传统工艺或级联装置中，级联各塔的塔顶(或各段的前塔)需安装冷凝器和再冷器，再冷器与真空系统连通以控制塔顶的压力，两级冷凝器一方面将塔顶蒸汽冷凝为液体后输送至前一级塔的塔底，另一方面应保证塔顶蒸汽不被抽到真空系统中。后级塔塔顶蒸汽经塔顶冷凝器冷凝为液体后返回到前级塔的塔釜，在前级塔塔釜再沸器中汽化后与再沸器中产生的其他蒸汽一起沿塔上升，与该塔内向下流动的液体进行逆流传质，这使得传统水(真空)精馏制备高丰度氧-18水的工艺中，部分物料需要多次冷凝器、多次汽化，因此传统工艺中的换热器换热面积大、能耗高，且中间产品会被真空系统抽走致使损失宝贵的中间产品。 

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种流程简单、能耗低、不会损失中间产品的由天然水生产含¹⁸O水的节能装置。 

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现： 

一种由天然水生产含¹⁸O水的节能装置，其特征在于，该节能装置包括n级串联或串联/并联连接的精馏塔、冷凝器、再沸器以及物料储罐、进料泵、出料泵，各级精馏塔的顶部分别设有物料进口和蒸汽出口，底部设有物料出口和蒸汽进口，第1～n级精馏塔内的压力逐级增大，第一级精馏塔顶部的压力最小，最后一级精馏塔塔釜的压力最大，节能装置内的蒸汽在压力的作用下自后向前输送。 

所述的第一级精馏塔的塔顶安装冷凝器，该冷凝器与真空系统连通，可以控制级联装置的压力，第2～n级精馏塔的塔顶没有冷凝器及再冷器，各级精馏塔之间经管道连接，第2～n级精馏塔塔顶的蒸汽直接输送到前面级联精馏塔的塔釜。 

所述的第一级精馏塔可以从中部或塔顶输入原料。