本技術(shù)應(yīng)用于化工領(lǐng)域，涉及化工產(chǎn)品的精餾分離，具體是一種精餾裝置，采用霧化方式精餾。

背景技術(shù)：

1、精餾通常在精餾塔中進行，氣液兩相在精餾塔內(nèi)通過逆流接觸，液體沿塔板下流，汽體自塔板孔上流，進行氣液兩相傳熱傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進入氣相，氣相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相，于是在塔頂可得到幾乎純的易揮發(fā)組分，塔底可得到幾乎純的難揮發(fā)組分。料液從塔的中部加入，進料口以上的塔段，把上升蒸汽中易揮發(fā)組分進一步增濃，稱為精餾段。進料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。從塔頂引出的蒸汽經(jīng)冷凝，一部分凝液作為回流液從塔頂返回精餾塔，其余餾出液即為塔頂產(chǎn)品。塔底引出的液體經(jīng)再沸器部分氣化，蒸汽沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比稱為回流比，其大小會影響精餾操作的分離效果和能耗。

2、精餾塔大體上可以分為板式塔和填料塔，板式塔的塔板可分為篩板、泡罩、浮閥、浮舌等，填料塔的填料可分為散裝填料、格柵填料、波紋填料、脈沖填料等。兩種塔型均是液體下流，汽體上流，氣液兩相逆流接觸進行熱量和質(zhì)量交換。精餾的理論基礎(chǔ)是氣液兩相平衡，附圖1為多次部分氣化的t-x-y圖，即溫度-液相-氣相平衡相圖。某一定溫度下，氣液兩相平衡滿足杠桿定律。本圖可輔助理解精餾塔的工作原理，左側(cè)為塔底液相產(chǎn)品，右側(cè)為塔頂氣相產(chǎn)品，精餾塔中部進料，向塔底(左側(cè))溫度逐漸升高，向塔頂(右側(cè))溫度逐漸減低。不同的溫度橫線相當于多個塔板，從附圖中可以看出，在x2和y2之間存在y1和x3，如果冷凝和氣化的溫度選擇適當，可使得y1和x3接近，這樣，若中間產(chǎn)品y1和x3混合，傳質(zhì)的結(jié)果不但消除了中間產(chǎn)品，且提高了最后產(chǎn)品的收率。同時，蒸汽y1和液體x3直接混合時，由于液相x3的溫度低于氣相y1的溫度，因此，高溫蒸汽潛熱將加熱低溫液相，傳熱的結(jié)構(gòu)使得液體部分氣化，蒸汽自身則被部分冷凝。由此可見，塔板上下流的液體和上升的氣體，使上一級液相回流與下一級的氣相直接接觸，不同溫度且不平衡的氣液兩相必然會同時產(chǎn)生傳熱和傳質(zhì)的雙重作用。

3、附圖1解釋了精餾過程中的熱力學(xué)基礎(chǔ)，但不能直接用于指導(dǎo)實踐，因為氣液相平衡常數(shù)是溫度和壓力的函數(shù)，附圖1只考慮了溫度，沒有考慮壓力。氣液相平衡常數(shù)為組分在氣相中摩爾分數(shù)與組分在液相中摩爾分數(shù)的比值，也等于組分在沸點下的飽和蒸汽壓與氣相中組分的分壓的比值，為單組分氣液平衡概念。飽和蒸汽壓與溫度有關(guān)，不同的物質(zhì)，其飽和蒸汽壓與溫度的函數(shù)關(guān)系不同，大多數(shù)情況應(yīng)用antoine公式。組分分壓是總壓與組分在氣相中摩爾分數(shù)的乘積，與總壓有關(guān)。只有當溫度和總壓確定時，氣液相平衡常數(shù)為常數(shù)，決定了組分在氣液兩相中的摩爾數(shù)。

4、以混合液中存在a、b兩個組分為例，精餾的熱力學(xué)方程如下：

5、泡點方程：

6、露點方程：

7、氣液平衡方程：

8、上式中：為易揮發(fā)組分a的飽和蒸汽壓；

9、為難揮發(fā)組分b的飽和蒸汽壓；

10、p為氣體總壓；

11、α為相對揮發(fā)度，為組分飽和蒸汽壓的比值，即

12、xa為組分a在液相中的摩爾分率；

13、ya為組分a在氣相中的摩爾分率；

14、從氣液平衡方程可見，溫度一定時，組分a和b的飽和蒸汽壓一定，相對揮發(fā)度α一定，當溫度變化時，若相對揮發(fā)度α增大，則ya增加。從泡點方程和露點方程可見，當總壓增加時，xa增加，ya降低。所以，精餾熱力學(xué)控制，對于塔頂產(chǎn)品而言，控制溫度，增大相對揮發(fā)度α，增加總壓p，以增加ya，提純氣相產(chǎn)品。對于塔底產(chǎn)品而言，同理，增大相對揮發(fā)度α，降低總壓p，以降低xa，增加xb，提純液相產(chǎn)品。

15、塔板式精餾塔在實際生產(chǎn)操作時，應(yīng)掌握三個平衡，即物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡。物料平衡指的是單位時間內(nèi)進塔的物料量應(yīng)等于離開塔的諸物料量之和，主要是靠進料量和塔頂、塔底出料量來調(diào)節(jié)。操作中，當不符合總的物料平衡時，可從塔壓差的變化上反映出來。進得多，出得少，則塔壓差上升。精餾塔的塔壓差應(yīng)在一定的范圍內(nèi)，塔壓差過大，塔內(nèi)蒸汽的上升速度過大，霧沫夾帶嚴重，甚至發(fā)生液泛；塔壓差過小，蒸汽的上升速度過小，塔板上氣液兩相傳質(zhì)效果降低，甚至發(fā)生漏液。物料平衡是塔操作中的一個關(guān)鍵，如果正常的物料平衡破壞，將影響另兩個平衡，即氣液相平衡達不到預(yù)期的效果，熱平衡被破壞而需重新調(diào)整。氣液相平衡主要體現(xiàn)了產(chǎn)品的質(zhì)量及損失情況，靠調(diào)節(jié)塔的溫度、壓力及塔板上氣液接觸的情況來達到的。只有在溫度、壓力穩(wěn)定時，揮發(fā)系數(shù)相對穩(wěn)定，才有氣液相平衡組成，當溫度、壓力發(fā)生變化時，揮發(fā)系數(shù)不穩(wěn)定，產(chǎn)品的質(zhì)量和損失情況隨之發(fā)生變化。氣液相平衡與物料平衡密切相關(guān)，物料平衡穩(wěn)定了，溫度和壓力穩(wěn)定，揮發(fā)系數(shù)穩(wěn)定，才能達到氣液相平衡。熱量平衡是指進塔熱量和出塔熱量的平衡，是物料平衡和氣液相平衡得以實現(xiàn)的基礎(chǔ)，反過來又依附于兩個平衡。沒有熱氣相和冷液回流，整個精餾過程就無法實現(xiàn)。若塔內(nèi)氣液相平衡的組成改變，則氣相冷凝的放熱量和液體汽化的吸熱量也會隨之改變。所以說，物料平衡、氣液相平衡和熱量平衡是精餾的操作關(guān)鍵，三個平衡之間相互影響、相互制約。在操作中通常是以控制物料平衡為主，相應(yīng)調(diào)節(jié)熱量平衡，最終目的達到氣液相平衡。也就是說，塔板式精餾塔不能自由控制氣液相平衡，只能通過物料平衡和熱量平衡進行調(diào)節(jié)。

16、為減低精餾塔高度，增加汽液界面面積，cn107297084a公開了一種霧化塔板和霧化塔板精餾塔，液相霧化裝置安裝在塔板上，包括圓臺形入口段、圓柱形喉管和喇叭形出口段，在喉管上均布液相噴射孔，當液相穿過噴射孔時，被氣相切割為細小的液滴，液滴直徑為微米級，與傳統(tǒng)板式塔中毫米級的氣泡相比，極大地增加了氣液兩相的接觸面積，氣液兩相的傳遞效率極大提高。由于液相和氣相的流速較慢，氣相切割液相的作用有限，液滴很難霧化為微米級。cn105920861a公開了一種噴霧蒸餾裝置，蒸發(fā)室殼體的上部安裝有連接原料液進料管的原料液霧化器，下部安裝有連接水蒸汽進汽管的水蒸汽分布器，多個水蒸汽噴嘴均布在水蒸汽分布盤上。殼體上口連接精餾柱，精餾柱內(nèi)填充填料或孔板，其上部有回流灑水圈，下部有回流透氣帽和殘液流出口。殼體下口連接殘液處理器，殘液處理器內(nèi)交替安裝大小殘液處理盤，殘液處理盤內(nèi)安裝有利用水蒸汽加熱的殘液加熱圈，殘液處理器底部有廢液排放口。蒸發(fā)室殼體內(nèi)壁圓周安裝回流液處理裝置，該裝置的上部有回流液導(dǎo)管和灑水環(huán)，回流液導(dǎo)管與精餾柱的殘液流出口連通，中部為填料網(wǎng)圈，下部有安裝板，安裝板上均布殘液透氣帽，下部設(shè)計殘液排放管，殘液排放管將殘液導(dǎo)向殘液處理盤。該專利申請與傳統(tǒng)的精餾塔相比，相同點是易揮發(fā)相精餾依然采用傳統(tǒng)的填料方式。易揮發(fā)相蒸汽穿過殘液透氣帽進入填料柱，與填料或孔板下來的回流液傳質(zhì)傳熱濃縮。在精餾柱里形成的殘液由殘液流出口、回流液導(dǎo)管和灑水環(huán)，灑落在填料網(wǎng)圈，與下面上來的蒸汽傳熱傳質(zhì)，易揮發(fā)相蒸發(fā)上行，難揮發(fā)相下行。不同點主要有三點：1)原料液單獨霧化，與蒸汽匯合受熱氣化蒸發(fā)；2)回流液變?yōu)闅堃旱恼麄€精餾過程，不經(jīng)過蒸發(fā)室；3)底部增加了殘液處理器，殘液經(jīng)加熱圈加熱，易揮發(fā)相繼續(xù)蒸發(fā)。該專利申請雖然霧化了原料液，提高了提餾效率，但是回流液沒有霧化，而是采用傳統(tǒng)的填料精餾方式，沒有提高精餾效率。申請人前期申請了實用新型專利《一種霧化精餾塔》，同上述兩個專利申請思路基本一致，均是解決精餾的動力學(xué)問題，通過增加氣液相界面提高精餾效率。本技術(shù)在上述專利申請的基礎(chǔ)上，解決精餾的動力學(xué)問題，以降低精餾塔的高度，提高底和塔頂產(chǎn)品的純度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本實用新型解決的技術(shù)問題是：提供一種霧化精餾裝置，在液體霧化強化動力學(xué)的基礎(chǔ)上，將精餾塔的各個腔室獨立，便于控制其溫度和壓力，以達到精餾各階段的熱力學(xué)控制，實現(xiàn)塔頂產(chǎn)品的高純度。

2、本實用新型所采用的技術(shù)方案是：霧化精餾裝置包括精餾塔、再沸器、冷凝器，所述精餾塔分隔有獨立的精餾室、蒸餾室、提餾室，三室沒有直接連通，而是通過可以封閉的管道連通。所述精餾室的外側(cè)包裹加熱腔ⅰ，內(nèi)設(shè)置回液霧化器。所述回液霧化器連通揮發(fā)汽管和回液管，所述揮發(fā)汽管連通蒸餾室，所述回液管連通冷凝器；所述冷凝器通過氣相管連通精餾室頂部，所述氣相管上設(shè)置氣相泵；所述揮發(fā)汽管和回液管上分別設(shè)置揮發(fā)汽泵和回液泵。所述蒸餾室外側(cè)包裹加熱腔ⅱ，內(nèi)設(shè)置原料液霧化器和殘液管。所述原料液霧化器連通進料管和混合蒸汽管，所述混合蒸汽管連通提餾室，在該混合蒸汽管上設(shè)置混合蒸汽泵。在殘液管的底端設(shè)置浮球閥，該浮球閥可根據(jù)連通兩腔室的室壓打開或關(guān)閉。所述提餾室外側(cè)包裹加熱腔ⅲ，內(nèi)設(shè)置揮發(fā)液霧化器。所述揮發(fā)液霧化器連通蒸汽管和揮發(fā)液管。所述揮發(fā)液管連通蒸餾室的底部；所述蒸汽管連通再沸器頂部，在該蒸汽管上設(shè)置蒸汽泵和調(diào)節(jié)閥。再沸器通過液相管連通提餾室底部。加熱腔用于輔助三個腔室的溫度控制，加壓泵用于液體霧化的氣體加壓，各個腔室的室壓采用腔室容積和加壓泵的流量控制。

3、進一步，所述回液霧化器、原料液霧化器和揮發(fā)液霧化器的結(jié)構(gòu)一致，包括汽環(huán)管、液環(huán)管和噴嘴。所述汽環(huán)管連通揮發(fā)汽管、或混合蒸汽管、或蒸汽管，相應(yīng)的所述液環(huán)管連通回液管、或進料管、或揮發(fā)液管。

4、進一步，所述噴嘴均布在汽環(huán)管和液環(huán)管上，該噴嘴包括汽立管、液立管、螺紋環(huán)、汽噴盤和固定桿。汽立管連通汽環(huán)管，液立管連通液環(huán)管，汽立管套裝在液立管內(nèi)。汽立管端口設(shè)置汽噴盤，汽噴盤通過固定桿與螺紋環(huán)固定連接，螺紋環(huán)螺紋連接在液立管的端部。所述汽噴盤為球面或橢球面，與汽立管端口內(nèi)棱的弧面配合，組成細縫狀噴汽口，該噴汽口與液立管端部的噴液口配合，噴汽口沖出的高速氣體可將噴液口的液體切割霧化成微米級細小液滴。

5、進一步，對于相對揮發(fā)度稍小的原料液，在精餾室和蒸餾室之間設(shè)置預(yù)精餾室，所述預(yù)精餾室內(nèi)設(shè)置預(yù)精餾霧化器，該預(yù)精餾霧化器結(jié)構(gòu)與上述三個霧化器一致，液環(huán)管連通精餾室底部，所述汽環(huán)管連通蒸餾室。所述殘液管連通蒸餾室和預(yù)精餾室。也可以在蒸餾室和提餾室之間設(shè)置預(yù)提餾室，所述預(yù)提餾室內(nèi)設(shè)置預(yù)提餾霧化器，該預(yù)提餾霧化器的結(jié)構(gòu)與上述三個霧化器一致，液環(huán)管連通蒸餾室的底部，汽環(huán)管連通提餾室，所述殘液管連通預(yù)提餾室和預(yù)精餾室。這樣，精餾后的殘液自預(yù)精餾室輸送到提餾室的揮發(fā)液霧化器進行霧化提餾。

6、進一步，為避免細小液滴被混合蒸汽泵、揮發(fā)汽泵和氣相泵隨氣體一起抽出，影響精餾氣液平衡和塔頂產(chǎn)品的純度。所述精餾室、蒸餾室、提餾室三室內(nèi)，均設(shè)置氣液分離器，所述氣液分離器設(shè)置在各室霧化器的上方，抽氣口的下方。

7、進一步，為降低設(shè)備高度，有利于三室單獨的容積和尺寸設(shè)計，所述精餾室、蒸餾室、提餾室三室分體單獨設(shè)置。

8、進一步，所述浮球閥包括外管、擋桿、浮球，所述外管固定在殘液管底端，浮球放置在外管內(nèi)、擋桿的上方，所述擋桿固定在外管的下端。

9、本實用新型的有益效果是：本實用新型采用霧化器將液體霧化成微米級細小液滴，增加氣液界面面積，促進了精餾的動力學(xué)過程。在此基礎(chǔ)上，針對原料液，通過溫度和室壓的選擇調(diào)整，增大相對揮發(fā)度，強化精餾熱力學(xué)，從而實現(xiàn)易揮發(fā)組分的快速精餾，提高易揮發(fā)組分精餾產(chǎn)物純度。本實用新型將蒸餾、提餾和精餾分隔開，單獨控制，大大降低了精餾塔的高度，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，節(jié)約了設(shè)備制造和安裝成本。