一种高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置与控制方法

技术领域

本发明涉及高温多效精馏低氘水矿化处理技术领域，具体为一种高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置与控制方法。

背景技术

高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置是一种用于生产低氘水(deuterium-depleted water，简称DDW)的设备。DDW是一种富含氢同位素氘(deuterium)较低的水，通常被认为对人体健康具有一定益处。

然而现有的高温多效精馏需要提供大量的热能来加热水并蒸发，这可能会导致能源消耗较高并且，同时氘气回收系统对收集到的氘气进行处理和储存，其回收效率可能有限，提高氘气回收效率是降低成本和资源利用的关键因素。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置与控制方法，解决了高温多效精馏需要提供大量的热能来加热水并蒸发，这可能会导致能源消耗较高并且，同时氘气回收系统对收集到的氘气进行处理和储存，其回收效率可能有限，提高氘气回收效率是降低成本和资源利用的关键因素的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置，包括：

多效精馏塔模块，用于逐渐降低水中氘的含量；

加热系统模块，用于提供高温热源以使水在塔内蒸发；

冷却系统模块，用于冷凝蒸汽并收集产生的低氘水；

氘气回收系统模块，用于冷凝和回收精馏过程中产生的氘气；

控制系统模块，用于监测和调节系统的运行参数；

水处理模块，用于处理输入水质；

数据记录与分析模块，用于记录和分析系统的运行数据；

安全监测模块，用于监测和保护多效精馏系统的安全运行。优选的，所述多效精馏塔模块包括：

加热器单元，负责提供高温热源以使水在多效精馏塔内蒸发；冷凝器单元，用于冷凝蒸汽并将其转化为液体水；

精馏效应器单元，用于在精馏过程中对液体的分离和纯化；氘气回收单元，用于冷凝和回收精馏过程中产生的氘气。

优选的，所述加热系统模块包括：

加热源单元，用于提供高温热能以使水在系统中蒸发；

温度传感器单元，用于监测加热器内的温度；

阀门控制单元，用于调节加热器的热能输入；

热传导介质单元，用于使水在多效精馏塔中蒸发。

优选的，所述冷却系统模块包括：

冷却介质单元，用于降低多效精馏系统中的温度；

冷却器单元，用于将热量从系统中传递给冷却介质；

冷却循环单元，用于将冷却介质引导到冷却器中进行循环流动；冷却控制单元，用于监测和调节冷却介质的温度、流量参数。优选的，所述氘气回收系统模块包括：

氘气收集单元，用于从多效精馏系统中收集氘气；

氘气处理单元，用于对收集到的氘气进行处理；

氘气储存单元，用于存储处理后的氘气，以备将来使用；

氘气回收单元，用于将处理后的氘气重新注入多效精馏系统中。优选的，所述控制系统模块包括：

传感器单元，用于感知和测量系统中的各种参数；

执行单元，用于根据控制系统的指令执行相应的操作；

人机交互单元，用于对控制系统的监视、操作和配置；

通信单元，用于实现控制系统与设备之间的数据交换和通信。

优选的，所述水处理模块包括：

滤清器单元，用于去除水中的悬浮物、颗粒物和悬浊物固体杂质；

软化器单元，用于去除水中的硬度成分；

出氯单元，用于去除水中的余氯与氯化物，以防止氯对后续处理步骤与设备的损害；

膜分离单元，用于将水中的溶解物质、离子和微生物分离出来，获得高纯度的水；

紫外线消毒单元，用于紫外线辐射杀灭水中的微生物；

混凝剂和絮凝剂投加单元，用于在水处理过程中加入适量的混凝剂和絮凝剂，促使悬浮物和胶体颗粒结合成较大的团聚体，便于后续的沉淀和过滤。

优选的，所述数据记录与分析模块包括：

数据监测和采集单元，用于监测和采集系统中的各种参数和指标；

数据接收单元，用于负责接收传感器单元传递的电信号，并将其转化为数字信号进行采样和存储；

数据存储单元，用于存储采集到的数据；

数据处理单元，对采集到的数据进行处理和分析；

数据分析单元，用于对处理后的数据进行进一步的分析和挖掘；

可视化展示单元，用于将数据分析结果以图表、报表或可视化界面的形式展示出来。

优选的，所述安全监测模块包括：

监测与检测单元，用于负责监测和检测潜在的安全威胁或异常情况；

处理与分析单元，用于接收和处理监测与检测单元传输过来的数据；

警报与通知单元，用于根据数据处理与分析单元的结果生成警报和通知；

记录与存储单元，用于记录和存储安全系统产生的事件和数据；

用户界面与控制单元，用于提供用户与安全系统进行交互的界面和功能。

优选的，一种高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过多效精馏塔模块中的加热器单元提供高温热源以使水在多效精馏塔内蒸发，冷凝器单元中的冷凝蒸汽并将其转化为液体水，精馏效应器单元在精馏过程中对液体的分离和纯化，氘气回收单元将冷凝和回收精馏过程中产生的氘气，然后通过加热系统模块中加热源单元提供高温热能以使水在系统中蒸发，温度传感器单元监测加热器内的温度，阀门控制单元进行调节加热器的热能输入，热传导介质单元使水在多效精馏塔中蒸发；

步骤二、通过冷却系统模块中的冷却介质单元降低多效精馏系统中的温度，冷却器单元将热量从系统中传递给冷却介质，冷却循环单元将冷却介质引导到冷却器中进行循环流动，冷却控制单元监测和调节冷却介质的温度、流量参数，通过氘气回收系统模块中氘气收集单元从多效精馏系统中收集氘气，氘气处理单元对收集到的氘气进行处理，氘气储存单元存储处理后的氘气，以备将来使用，氘气回收单元将处理后的氘气重新注入多效精馏系统中；

步骤三、通过控制系统模块中的传感器单元感知和测量系统中的各种参数，执行单元根据控制系统的指令执行相应的操作，人机交互单元对控制系统的监视、操作和配置，通信单元实现控制系统与设备之间的数据交换和通信；

步骤四、通过水处理模块中的滤清器单元去除水中的悬浮物、颗粒物和悬浊物固体杂质，软化器单元去除水中的硬度成分，出氯单元去除水中的余氯与氯化物，以防止氯对后续处理步骤与设备的损害，膜分离单元将水中的溶解物质、离子和微生物分离出来，获得高纯度的水，紫外线消毒单元紫外线辐射杀灭水中的微生物，混凝剂和絮凝剂投加单元在水处理过程中加入适量的混凝剂和絮凝剂，促使悬浮物和胶体颗粒结合成较大的团聚体，便于后续的沉淀和过滤；

步骤五、通过数据记录与分析模块中的数据监测和采集单元监测和采集系统中的各种参数和指标，数据接收单元负责接收传感器单元传递的电信号，并将其转化为数字信号进行采样和存储，数据存储单元存储采集到的数据，数据处理单元对采集到的数据进行处理和分析，数据分析单元对处理后的数据进行进一步的分析和挖掘，可视化展示单元将数据分析结果以图表、报表或可视化界面的形式展示出来，通过安全监测模块中监测与检测单元负责监测和检测潜在的安全威胁或异常情况，处理与分析单元接收和处理监测与检测单元传输过来的数据，警报与通知单元根据数据处理与分析单元的结果生成警报和通知，记录与存储单元记录和存储安全系统产生的事件和数据，用户界面与控制单元提供用户与安全系统进行交互的界面和功能。

本发明提供了一种高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置与控制方法。具备以下有益效果：

1、本发明通过多效精馏塔模块中的加热器单元提供高温热源以使水在多效精馏塔内蒸发，冷凝器单元中的冷凝蒸汽并将其转化为液体水，精馏效应器单元在精馏过程中对液体的分离和纯化，氘气回收单元将冷凝和回收精馏过程中产生的氘气，实现更高效的分离效果，从而降低氘的含量。

2、本发明通过氘气回收系统模块中氘气收集单元从多效精馏系统中收集氘气，氘气处理单元对收集到的氘气进行处理，氘气储存单元存储处理后的氘气，以备将来使用，氘气回收单元将处理后的氘气重新注入多效精馏系统中，以提高氘的回收率。

附图说明

图1为本发明的系统图；

图2为本发明的多效精馏塔模块架构图；

图3为本发明的加热系统模块架构图；

图4为本发明的冷却系统模块架构图；

图5为本发明的氘气回收系统模块架构图；

图6为本发明的控制系统模块架构图；

图7为本发明的水处理模块架构图；

图8为本发明的数据记录与分析模块架构图；

图9为本发明的安全监测模块架构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

请参阅附图1-附图9，本发明实施例提供一种高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置，包括：

多效精馏塔模块，用于逐渐降低水中氘的含量；

加热系统模块，用于提供高温热源以使水在塔内蒸发；

冷却系统模块，用于冷凝蒸汽并收集产生的低氘水；

氘气回收系统模块，用于冷凝和回收精馏过程中产生的氘气；

控制系统模块，用于监测和调节系统的运行参数；

水处理模块，用于处理输入水质；

数据记录与分析模块，用于记录和分析系统的运行数据；

安全监测模块，用于监测和保护多效精馏系统的安全运行。

多效精馏塔模块包括：

加热器单元，负责提供高温热源以使水在多效精馏塔内蒸发；

冷凝器单元，用于冷凝蒸汽并将其转化为液体水；

精馏效应器单元，用于在精馏过程中对液体的分离和纯化；

氘气回收单元，用于冷凝和回收精馏过程中产生的氘气。

加热器单元，负责提供高温热源以使水在多效精馏塔内蒸发，加热器单元可以采用电加热器、蒸汽加热器等形式，冷凝器单元，用于冷凝蒸汽并将其转化为液体水。冷凝器单元通常由冷却器和收集器组成，其中冷却器将蒸汽冷却成液体水，而收集器则用于收集产生的低氘水，精馏效应器单元，多效精馏塔通常由多个精馏效应器组成，每个效应器包括一个加热器和一个冷凝器。这些效应器依次排列，形成多级精馏过程。在每个效应器中，水被加热器加热蒸发，然后通过冷凝器冷凝成液体水。每个效应器的操作参数和结构可以根据需要进行优化设计，氘气回收单元，用于冷凝和回收精馏过程中产生的氘气。氘气回收单元通常包括冷凝器和压缩单元，冷凝器将氘气冷凝成液体，并将其回收到系统中。

加热系统模块包括：

加热源单元，用于提供高温热能以使水在系统中蒸发；

温度传感器单元，用于监测加热器内的温度；

阀门控制单元，用于调节加热器的热能输入；

热传导介质单元，用于使水在多效精馏塔中蒸发。

通过加热源单元，加热系统的主要组成部分是加热源，它提供高温热能以使水在系统中蒸发。加热源可以采用不同的形式，如电加热器、蒸汽加热器、燃气加热器等，具体选择取决于系统的需求和技术实现方案。通过温度传感器单元，加热系统通常配备温度传感器，用于监测加热器内的温度。温度传感器将温度信息传输给控制系统，以便实时监测和调节加热器的操作参数。控制阀门单元，加热系统可能包括控制阀门，用于调节加热器的热能输入。通过控制阀门的开度，可以调整加热器的热输出，以满足系统对温度和能量的需求，热传导介质单元，加热系统中的热能通常通过热传导介质传输到水中，以使水在多效精馏塔中蒸发。热传导介质可以是热油、蒸汽、燃气等，根据系统的要求和实际情况选择合适的介质。

冷却系统模块包括：

冷却介质单元，用于降低多效精馏系统中的温度；

冷却器单元，用于将热量从系统中传递给冷却介质；

冷却循环单元，用于将冷却介质引导到冷却器中进行循环流动；

冷却控制单元，用于监测和调节冷却介质的温度、流量参数。

通过冷却介质单元：冷却系统使用冷却介质来降低多效精馏系统中的温度。常见的冷却介质包括冷水、冷却剂(如乙二醇)等。冷却介质通过循环流动，将热量从系统中带走，并在冷凝器中冷却和回收。冷却器单元：冷却器是冷却系统中的关键组件，用于将热量从系统中传递给冷却介质。冷却器通常采用换热器的形式，通过与冷却介质的接触，实现热量传递和冷却效果。冷却循环单元：冷却循环单元用于将冷却介质引导到冷却器中进行循环流动。冷却循环单元通常包括泵、管道、阀门等组件，用于控制冷却介质的流量和流向，确保冷却系统的稳定运行。

氘气回收系统模块包括：

氘气收集单元，用于从多效精馏系统中收集氘气；

氘气处理单元，用于对收集到的氘气进行处理；

氘气储存单元，用于存储处理后的氘气，以备将来使用；

氘气回收单元，用于将处理后的氘气重新注入多效精馏系统中。

通过氘气收集单元，氘气收集单元用于从多效精馏系统中收集氘气。它通常包括氘气收集罐或管道，以及相应的连接和控制装置，在多效精馏过程中，通过适当的排气和收集措施，将产生的氘气引导到收集单元中进行集中收集。氘气处理单元，氘气处理单元用于对收集到的氘气进行处理，以提高氘气的纯度和质量，处理单元包括氘气干燥器、除杂装置，这些装置可以去除氘气中的水分、杂质和其他不纯物质，使氘气达到所需的纯度要求，氘气储存单元：氘气储存单元用于存储处理后的氘气，以备将来使用。储存单元通常采用高压气体储罐或气体压缩机，确保氘气的稳定存储和供应。氘气回收单元：氘气回收单元是氘气回收系统的核心部分，用于将处理后的氘气重新注入多效精馏系统中，实现氘气的循环利用。

控制系统模块包括：

传感器单元，用于感知和测量系统中的各种参数；

执行单元，用于根据控制系统的指令执行相应的操作；

人机交互单元，用于对控制系统的监视、操作和配置；

通信单元，用于实现控制系统与设备之间的数据交换和通信。

通过传感器单元：传感器单元是控制系统的基础模块，用于感知和测量系统中的各种参数，传感器单元可以监测温度、压力、流量、液位等物理量，并将其转换为电信号，供控制系统使用。执行单元：执行单元是控制系统中的执行模块，用于根据控制系统的指令执行相应的操作，执行单元可以控制阀门、马达、泵等设备的开关、调节和运行。执行器接收来自控制系统的信号，并将其转化为机械或电动力，实现对系统的控制和调节。人机界面单元：人机界面单元是控制系统与操作人员之间的交互模块，用于实现对控制系统的监视、操作和配置。人机界面可以采用触摸屏、键盘、显示器等设备，提供友好的用户界面，使操作人员能够直观地监控系统状态、进行参数设置和调整。通信单元：通信单元用于实现控制系统与其他系统或设备之间的数据交换和通信。

水处理模块包括：

滤清器单元，用于去除水中的悬浮物、颗粒物和悬浊物固体杂质；

软化器单元，用于去除水中的硬度成分；

出氯单元，用于去除水中的余氯与氯化物，以防止氯对后续处理步骤与设备的损害；

膜分离单元，用于将水中的溶解物质、离子和微生物分离出来，获得高纯度的水；

紫外线消毒单元，用于紫外线辐射杀灭水中的微生物；

混凝剂和絮凝剂投加单元，用于在水处理过程中加入适量的混凝剂和絮凝剂，促使悬浮物和胶体颗粒结合成较大的团聚体，便于后续的沉淀和过滤。

通过水处理模块中的滤清器单元去除水中的悬浮物、颗粒物和悬浊物固体杂质，软化器单元去除水中的硬度成分，出氯单元去除水中的余氯与氯化物，以防止氯对后续处理步骤与设备的损害，膜分离单元将水中的溶解物质、离子和微生物分离出来，获得高纯度的水，紫外线消毒单元紫外线辐射杀灭水中的微生物，混凝剂和絮凝剂投加单元在水处理过程中加入适量的混凝剂和絮凝剂，促使悬浮物和胶体颗粒结合成较大的团聚体，便于后续的沉淀和过滤。

数据记录与分析模块包括：

数据监测和采集单元，用于监测和采集系统中的各种参数和指标；

数据接收单元，用于负责接收传感器单元传递的电信号，并将其转化为数字信号进行采样和存储；

数据存储单元，用于存储采集到的数据；

数据处理单元，对采集到的数据进行处理和分析；

数据分析单元，用于对处理后的数据进行进一步的分析和挖掘；

可视化展示单元，用于将数据分析结果以图表、报表或可视化界面的形式展示出来。

通过数据记录与分析模块中的数据监测和采集单元监测和采集系统中的各种参数和指标，数据接收单元负责接收传感器单元传递的电信号，并将其转化为数字信号进行采样和存储，数据存储单元存储采集到的数据，数据处理单元对采集到的数据进行处理和分析，数据分析单元对处理后的数据进行进一步的分析和挖掘，可视化展示单元将数据分析结果以图表、报表或可视化界面的形式展示出来。

安全监测模块包括：

监测与检测单元，用于负责监测和检测潜在的安全威胁或异常情况；

处理与分析单元，用于接收和处理监测与检测单元传输过来的数据；

警报与通知单元，用于根据数据处理与分析单元的结果生成警报和通知；

记录与存储单元，用于记录和存储安全系统产生的事件和数据；

用户界面与控制单元，用于提供用户与安全系统进行交互的界面和功能。

通过安全监测模块中监测与检测单元负责监测和检测潜在的安全威胁或异常情况，处理与分析单元接收和处理监测与检测单元传输过来的数据，警报与通知单元根据数据处理与分析单元的结果生成警报和通知，记录与存储单元记录和存储安全系统产生的事件和数据，用户界面与控制单元提供用户与安全系统进行交互的界面和功能。

实施例二：

一种高温多效精馏低氘水矿化处理系统生产装置的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、通过多效精馏塔模块中的加热器单元提供高温热源以使水在多效精馏塔内蒸发，冷凝器单元中的冷凝蒸汽并将其转化为液体水，精馏效应器单元在精馏过程中对液体的分离和纯化，氘气回收单元将冷凝和回收精馏过程中产生的氘气，然后通过加热系统模块中加热源单元提供高温热能以使水在系统中蒸发，温度传感器单元监测加热器内的温度，阀门控制单元进行调节加热器的热能输入，热传导介质单元使水在多效精馏塔中蒸发；

步骤二、通过冷却系统模块中的冷却介质单元降低多效精馏系统中的温度，冷却器单元将热量从系统中传递给冷却介质，冷却循环单元将冷却介质引导到冷却器中进行循环流动，冷却控制单元监测和调节冷却介质的温度、流量参数，通过氘气回收系统模块中氘气收集单元从多效精馏系统中收集氘气，氘气处理单元对收集到的氘气进行处理，氘气储存单元存储处理后的氘气，以备将来使用，氘气回收单元将处理后的氘气重新注入多效精馏系统中；

步骤三、通过控制系统模块中的传感器单元感知和测量系统中的各种参数，执行单元根据控制系统的指令执行相应的操作，人机交互单元对控制系统的监视、操作和配置，通信单元实现控制系统与设备之间的数据交换和通信；

步骤四、通过水处理模块中的滤清器单元去除水中的悬浮物、颗粒物和悬浊物固体杂质，软化器单元去除水中的硬度成分，出氯单元去除水中的余氯与氯化物，以防止氯对后续处理步骤与设备的损害，膜分离单元将水中的溶解物质、离子和微生物分离出来，获得高纯度的水，紫外线消毒单元紫外线辐射杀灭水中的微生物，混凝剂和絮凝剂投加单元在水处理过程中加入适量的混凝剂和絮凝剂，促使悬浮物和胶体颗粒结合成较大的团聚体，便于后续的沉淀和过滤；

步骤五、通过数据记录与分析模块中的数据监测和采集单元监测和采集系统中的各种参数和指标，数据接收单元负责接收传感器单元传递的电信号，并将其转化为数字信号进行采样和存储，数据存储单元存储采集到的数据，数据处理单元对采集到的数据进行处理和分析，数据分析单元对处理后的数据进行进一步的分析和挖掘，可视化展示单元将数据分析结果以图表、报表或可视化界面的形式展示出来，通过安全监测模块中监测与检测单元负责监测和检测潜在的安全威胁或异常情况，处理与分析单元接收和处理监测与检测单元传输过来的数据，警报与通知单元根据数据处理与分析单元的结果生成警报和通知，记录与存储单元记录和存储安全系统产生的事件和数据，用户界面与控制单元提供用户与安全系统进行交互的界面和功能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。