專利名稱：一種立式分餾柱、分餾裝置及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種化工樹脂生產(chǎn)裝置，具體涉及一種分餾柱以及包含該分餾柱的分
餾裝置。
背景技術：
分餾是一種能夠有效分離混合氣相組分的方法，沸騰著的混合物蒸汽通過分餾柱進行一系列的熱交換之后，由于受到冷卻水的冷卻，蒸汽中高沸點的組分冷卻為液體，回流入反應器中，上升的蒸汽中含低沸點的組分相對增加，當冷凝液回流途中遇到上升的蒸氣， 兩者之間又進行熱交換，上升的蒸氣中高沸點的組分又被冷凝，低沸點的組分仍繼續(xù)上升， 易揮發(fā)的組分又相對增加，如此在分餾柱內反復進行著汽化-冷凝-回流等程序，當分餾柱的效率相當高且操作正確時，在分餾柱頂部出來的蒸汽就接近于純低沸點的組分，最終將沸點不同的物質分離出來。傳統(tǒng)的樹脂合成工藝通常由高溫縮聚和低溫稀釋兩部分組成，其中，高溫縮聚過程是在高溫反應釜中，將二元酸和二元醇在氮氣保護下于210°C高溫進行縮聚，生成聚酯樹脂和分子水。通常通過反應釜上的回流柱對副產(chǎn)物水蒸氣和反應物蒸汽進行分餾，使水蒸氣排出，反應物冷凝回流。因此，分餾的效果極大地影響縮聚過程中產(chǎn)物的質量和回收率， 在環(huán)保、節(jié)能方面具有重要意義。目前，常用的立式分餾柱的效率較低，常導致應冷凝回流的部分產(chǎn)品材料達不到分餾的效果，而流向廢水池使廢水的治理成本增加，其主要缺點體現(xiàn)在(1)立式分餾柱下段多采用隨機填充的鮑環(huán)填料，使分餾柱液相由于負荷相對過小且分布不均勻、氣液接觸較差、容易造成氣體“短路”、難以達到蒸餾效果；( 立式分餾柱上部的列管式冷凝器材質為不銹鋼，管外采用循環(huán)冷卻水冷卻，列管式冷凝器因缺乏必要的氣液接觸并沒有分餾效果，僅有冷凝冷卻效果，以實現(xiàn)水蒸汽中低分子有機物的有效冷卻冷凝，減少物料損失；由于立式分餾柱冷卻水側流動性較差，相當于池冷卻，存在許多流動死區(qū)，且順流冷卻效果也相對較差，使得過程傳熱效果差；循環(huán)冷卻水側低流速、列管式冷凝器的大溫差換熱使得循環(huán)冷卻水易于結垢，極大影響管內水蒸汽中低分子有機物的冷凝冷卻效果；⑶苯酐和順酐等固體原材料在較低溫度下(60-80°C )能夠凝華，由于立冷分餾柱中液相負荷相對較小，且液相分布極不均勻，加上列管式冷凝器的大溫差傳熱引起夾帶部分苯酐和順酐的水蒸氣急冷，容易析出固體苯酐和順酐，所以裝置運行時間長后析出的固體苯酐和順酐因缺少必要的液相沖刷極易積聚在立冷分餾柱上，堵塞填料通道。公開號為CN200963588的中國專利公開了一種分餾柱，其在分餾柱體內設置多個中空管狀結構的引餾體，并與外部空間相連接，通過引餾體引入外部空氣進行熱交換，使分餾柱內溫度梯度增加，達到了一定的分餾效果，但其通過空氣進行冷卻分餾，受外部環(huán)境影響大，分餾效率低，且分餾效果可進一步提高。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對以上要解決的技術問題，提供一種結構簡單、操作方便、分餾柱不易結垢、能夠顯著提高冷凝換熱效果的立式分餾柱。本發(fā)明的另一個目的是提供一種包含所述立式分餾柱的分餾裝置。本發(fā)明的再一個目的是提供一種應用所述分餾裝置分餾混合氣相組分的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種立式分餾柱，包括柱體，該柱體底部設置有氣相組分進口，頂部設置有氣相組分出口，側面下部設置有冷卻水進口，側面上部設置有冷卻水出口，所述柱體內設置至少一根導氣管，該導氣管上端連接所述氣相組分出口，下端連接所述氣相組分進口，所述柱體內設置有螺旋隔板。本發(fā)明的目的及解決其技術問題還可采用以下技術措施進一步實現(xiàn)。本發(fā)明提供的的立式分餾柱，所述螺旋隔板呈螺旋上升結構裝設于所述柱體內壁。本發(fā)明提供的的立式分餾柱，所述螺旋隔板的相鄰兩層間距可調節(jié)。本發(fā)明還提供了一種分餾裝置，其特征在于本發(fā)明所述的立式分餾柱。進一步，本發(fā)明提供的分餾裝置還包括循環(huán)水冷卻裝置和液體輸送裝置，所述循環(huán)水冷卻裝置上部設置有環(huán)境溫度水出口和循環(huán)水進口，其下部設置有環(huán)境溫度水進口和循環(huán)水出口，所述液體輸送裝置兩端分別連接循環(huán)水出口和冷卻水進口，所述立式分餾柱上的冷卻水出口與所述循環(huán)水冷卻裝置上的循環(huán)水進口相連接。根據(jù)本發(fā)明的分餾裝置，所述循環(huán)水冷卻裝置為管殼式熱交換器。根據(jù)本發(fā)明的分餾裝置，所述循環(huán)水冷卻裝置為板式熱交換器。根據(jù)本發(fā)明的分餾裝置，所述液體輸送裝置為水泵。本發(fā)明還進一步提供了一種應用本發(fā)明所述分餾裝置分餾混合氣相組分的方法， 包括以下步驟1)冷卻水以60 80°C、3 8噸/小時的流量從冷卻水進口流入分餾柱柱體，混合氣相組分以140 200°C從氣相組分進口進入導氣管；2)混合氣相組分在上升過程中經(jīng)導氣管與冷卻水進行熱交換，其中的高沸點組分被冷卻為液體后經(jīng)氣相組分進口回流，低沸點組分以102 150°C從氣相組分出口排出；3)環(huán)境溫度水以15 35°C、4 10噸/小時的流量通過環(huán)境溫度水進口流入循環(huán)水冷卻裝置，冷卻水以溫度70 100°C流出分餾柱柱體，經(jīng)由循環(huán)水進口流入循環(huán)水冷卻裝置，降溫至60 80°C后從循環(huán)水出口流出循環(huán)水冷卻裝置，并通過液體輸送裝置輸送至分餾柱柱體進行循環(huán)利用，環(huán)境溫度水則以溫度25 45°C流出循環(huán)水冷卻裝置。在本發(fā)明提供的立式分餾柱中，所述導氣管內為需部分冷凝的待分餾混合氣體， 導氣管外與柱體內壁之間為冷卻水。通過在柱體內壁與導氣管之間設置螺旋隔板，可使循環(huán)冷卻水流速穩(wěn)定、提高導氣管內外的傳熱傳質效果。在保持體積流量不變的情況下，可通過調整確定螺旋隔板的優(yōu)化間距以確定冷卻水的流速、膜傳熱系數(shù)、進出口溫度等參數(shù)。通過控制冷卻水的進口溫度，使管內化工原料在上升過程中產(chǎn)生分餾效果但不會凝華在管內形成堵塞。分餾柱中管束外冷卻水以分餾柱的下部作為進口，以上部為出口，通過采用在導氣管內設置擾流及導流器件等強化傳熱方法提高管內水蒸汽對流傳熱系數(shù)，以使管內水蒸氣混合物沿程溫度分布優(yōu)化，最大限度地強化氣相中有機組分的冷凝效果。本發(fā)明所述立式分餾柱的冷卻水被傳熱后，進入與分餾柱相連的循環(huán)水冷卻裝置，以降低其溫度并實現(xiàn)其循環(huán)利用。與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明具有以下明顯優(yōu)點通過在柱體內設置螺旋隔板結構， 并根據(jù)具體情況靈活確定調節(jié)隔板間距，可有效解決循環(huán)冷卻水側低流速、循環(huán)冷卻水易于結垢、原材料在較低溫度下形成凝華進而堵塞管道等實際運行問題，并大幅提高傳熱傳質效果和分餾效率，最終提高分餾柱的整體性能。


圖1是本發(fā)明的立式分餾柱的結構示意圖。圖2是本發(fā)明的分餾裝置的結構示意圖。其中，1:冷卻水進口 2:冷卻水出口 3:氣相組分進口 4:氣相組分出口 5: 柱體51 螺旋隔板 52 導氣管 6 水泵 7 循環(huán)水冷卻裝置 8 環(huán)境溫度水進口 9 環(huán)境溫度水出口 10:循環(huán)水進口 11:循環(huán)水出口
具體實施例方式為更進一步闡述本發(fā)明以達成預定發(fā)明目的所采取的技術手段及功效，以下結合實施例和附圖，對本發(fā)明提出的立式分餾柱、分餾裝置及其應用方法詳細說明如下。如圖1所示，本發(fā)明所述的立式分餾柱，包括柱體5，柱體5底部設置有氣相組分進口 3，柱體5頂部設置有氣相組分出口 4，柱體5側面下部設置有冷卻水進口 1，柱體5側面上部設置有冷卻水出口 2。所述柱體5內設置至少一根導氣管52，該導氣管52也可以根據(jù)實際需要選擇為多根并形成導氣管束。該導氣管52上端連接所述氣相組分出口 4，下端連接所述氣相組分進口 3，所述柱體5內設置有螺旋隔板51。所述螺旋隔板51優(yōu)選呈螺旋上升結構裝設于所述柱體內壁，使其易于固定。所述螺旋隔板51相鄰兩層之間的間距，優(yōu)選可根據(jù)冷卻水的流量及導氣管52外換熱系數(shù)的具體要求進行靈活調節(jié)。在保持體積流量不變的情況下，可通過調整確定螺旋隔板51的優(yōu)化間距以確定冷卻水的流速、膜傳熱系數(shù)、進出口溫度等參數(shù)。冷卻水從冷卻水進口 1進入柱體5內，經(jīng)螺旋隔板51導流從下部向上部流動，控制其流速以達到最佳傳熱效果；通過氣相組分進口 3向導氣管52內通入混合氣相組分，氣相組分在上升過程中經(jīng)導氣管52與冷卻水進行熱交換，其中高沸點組分被冷卻為液體，并經(jīng)氣相組分進口 3回流，低沸點組分則從氣相組分出口 4排出。柱體5內的冷卻水經(jīng)熱交換后，由冷卻水出口 2流出。如圖2所示，是本發(fā)明提供的分餾裝置的結構示意圖，其包括本發(fā)明所述的立式分餾柱5、水泵6和循環(huán)水冷卻裝置7。所述循環(huán)水冷卻裝置7上部設置有循環(huán)水進口 10 和環(huán)境溫度水出口 9，其下部設置有循環(huán)水出口 11和環(huán)境溫度水進口 8。所述水泵6兩端分別連接冷卻水進口 1和循環(huán)水出口 11。所述立式分餾柱5上的冷卻水出口 2和循環(huán)水冷卻裝置7上的循環(huán)水進口 10相連接。循環(huán)水冷卻裝置7中通入環(huán)境溫度水，柱體5中流出的冷卻水經(jīng)循環(huán)水進口 10流入循環(huán)水冷卻裝置7，并利用環(huán)境溫度水進行降溫后，循環(huán)水冷卻裝置7通過水泵6將冷卻水從冷卻水進口 1輸送回立式分餾柱5中。為提高循環(huán)水冷卻裝置的熱交換效果，所述循環(huán)水冷卻裝置7優(yōu)選為管殼式熱交換器或板式熱交換器。應用本發(fā)明所述分餾裝置進行分餾混合氣體組分的方法，包括以下具體步驟
1)冷卻水以60 80°C、3 8噸/小時的流量從冷卻水進口 1流入分餾柱柱體 5，混合氣相組分以140 200°C從氣相組分進口 3進入導氣管52 ；2)調節(jié)螺旋隔板51的間距以確定冷卻水的流速，混合氣相組分在上升過程中經(jīng)導氣管52與冷卻水進行熱交換，其中的高沸點組分被冷卻為液體后經(jīng)氣相組分進口 3回流，低沸點組分以102 150°C從氣相組分出口 4排出；3)環(huán)境溫度水以15 35°C、4 10噸/小時的流量通過環(huán)境溫度水進口 8流入循環(huán)水冷卻裝置7，冷卻水以溫度70 100°C經(jīng)冷卻水出口 2流出分餾柱柱體5，經(jīng)由循環(huán)水進口 10流入循環(huán)水冷卻裝置7，降溫至60 80°C后從循環(huán)水出口 11流出循環(huán)水冷卻裝置7，并通過水泵6輸送至冷卻水進口 1進入分餾柱柱體5循環(huán)利用，環(huán)境溫度水則以溫度 25 45°C從環(huán)境溫度水出口 9流出循環(huán)水冷卻裝置7。在操作進行一段時間后，為了防止出現(xiàn)結垢現(xiàn)象，而又不影響冷凝的效果，應適當提高步驟幻中所述冷卻水循環(huán)進入冷卻水進口 1處的溫度至60°C以上。具體應用實施例1、以80千瓦熱負荷的立式分餾柱為例，當反應器內反應物蒸汽和副產(chǎn)物水蒸汽在氣相組分進口 3處以160°C進入分餾柱柱體5時，在氣相組分出口 4處溫度不低于102°C; 而冷卻水進口 1處，冷卻水以溫度為65°C、流量為5噸/小時流進分餾柱柱體5，經(jīng)螺旋隔板51到達冷卻水出口 2處時，溫度為79°C ；2、在分餾柱主體5外部連接一臺循環(huán)水冷卻裝置7，以循環(huán)降低冷卻水的溫度，用水泵6推動裝置中的冷卻水循環(huán)流動，并保持分餾柱柱體5中的冷卻水在冷卻水進口 1處的溫度達到65°C ；循環(huán)水冷卻裝置7用外界的環(huán)境溫度水進行冷卻，以7噸/小時的流量、 32°C的溫度在環(huán)境溫度水進口 8處流進循環(huán)水冷卻裝置7，在環(huán)境水出口 9處流出時，水溫為 42 0C ο在實際化工樹脂生產(chǎn)中的應用結果表明，由于采用在柱體內壁與導氣管之間設置螺旋隔板，循環(huán)冷卻水流速均勻穩(wěn)定不結垢，導氣管內外的傳熱傳質效果顯著提高，未發(fā)生混合氣體凝華而堵塞導氣管的情況，分餾性能優(yōu)異。以上實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解，依然可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術特征進行等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術方案范圍當中。
權利要求
1.一種立式分餾柱，包括柱體，該柱體底部設置有氣相組分進口，頂部設置有氣相組分出口，側面下部設置有冷卻水進口，側面上部設置有冷卻水出口，所述柱體內設置至少一根導氣管，該導氣管上端連接所述氣相組分出口，下端連接所述氣相組分進口，其特征在于 所述柱體內設置有螺旋隔板。
2.根據(jù)權利要求1所述的立式分餾柱，其特征在于所述螺旋隔板呈螺旋上升結構裝設于所述柱體內壁。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的立式分餾柱，其特征在于所述螺旋隔板的相鄰兩層間距可調節(jié)。
4.一種分餾裝置，其特征在于包括權利要求1所述的立式分餾柱。
5.根據(jù)權利要求4所述的分餾裝置，其特征在于還包括循環(huán)水冷卻裝置和液體輸送裝置，所述循環(huán)水冷卻裝置上部設置有環(huán)境溫度水出口和循環(huán)水進口，其下部設置有環(huán)境溫度水進口和循環(huán)水出口，所述液體輸送裝置兩端分別連接循環(huán)水出口和冷卻水進口，所述立式分餾柱上的冷卻水出口與所述循環(huán)水冷卻裝置上的循環(huán)水進口相連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的分餾裝置，其特征在于所述循環(huán)水冷卻裝置為管殼式熱交換器。
7.根據(jù)權利要求5所述的分餾裝置，其特征在于所述循環(huán)水冷卻裝置為板式熱交換器ο
8.根據(jù)權利要求5所述的分餾裝置，其特征在于所述液體輸送裝置為水泵。
9.一種使用權利要求5所述分餾裝置分餾混合氣相組分的方法，其特征在于包括以下步驟1)冷卻水以60 80°C、3 8噸/小時的流量從冷卻水進口流入分餾柱柱體，混合氣相組分以140 200°C從氣相組分進口進入導氣管；2)混合氣相組分在上升過程中經(jīng)導氣管與冷卻水進行熱交換，其中的高沸點組分被冷卻為液體后經(jīng)氣相組分進口回流，低沸點組分以102 150°C從氣相組分出口排出；3)環(huán)境溫度水以15 35°C、4 10噸/小時的流量通過環(huán)境溫度水進口流入循環(huán)水冷卻裝置，冷卻水以溫度70 100°C流出分餾柱柱體，經(jīng)由循環(huán)水進口流入循環(huán)水冷卻裝置，降溫至60 80°C后從循環(huán)水出口流出循環(huán)水冷卻裝置，并通過液體輸送裝置輸送至分餾柱柱體進行循環(huán)利用，環(huán)境溫度水則以溫度25 45°C流出循環(huán)水冷卻裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種立式分餾柱，用于化工樹脂生產(chǎn)反應工藝中的分餾工藝，其包括柱體，該柱體底部設置有氣相組分進口，頂部設置有氣相組分出口，側面下部設置有冷卻水進口，側面上部設置有冷卻水出口，所述柱體內設置至少一根導氣管，該導氣管上端連接所述氣相組分出口，下端連接所述氣相組分進口，所述柱體內設置有螺旋隔板。在該立式分餾柱的基礎上，本發(fā)明還提供了一種包括上述立式分餾柱的分餾裝置及其應用方法。本發(fā)明提供的分餾柱和分餾裝置結構簡單、操作方便，分餾柱不宜結垢，并有效應用于精細分餾混合氣體組分，使氣體與冷卻水之間有效傳熱，提高分餾效率，從而最終提高分餾柱的整體性能。
文檔編號B01D3/14GK102294127SQ201110166090
公開日2011年12月28日 申請日期2011年6月20日 優(yōu)先權日2011年6月20日
發(fā)明者衛(wèi)福海, 呂樹申, 符若文, 陳清林 申請人:肇慶福田化學工業(yè)有限公司