分壁精餾塔塔板及具有該塔板的分壁精餾塔的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種分壁精餾塔，在精餾塔的縱向設(shè)置一塊分隔板，將精餾塔內(nèi)空間分成上部公共精餾段、中間分壁區(qū)和下部公共提餾段，中間分壁區(qū)兩側(cè)為預(yù)精餾段和側(cè)線采出段；中間分壁區(qū)兩側(cè)設(shè)置氣液接觸塔板,塔板上包括受液區(qū)、溢流堰、鼓泡區(qū)和降液區(qū)，其特征在于受液區(qū)與降液區(qū)分別分布在半圓形弧頂和分隔板一側(cè)，塔板上受液區(qū)與降液區(qū)水平方向保持平行，這樣的結(jié)構(gòu)有利于受液區(qū)的液體流經(jīng)鼓泡區(qū)到達(dá)降液區(qū)的距離相近，避免塔板上液流短路及液面梯度過大而造成的漏液和夾帶現(xiàn)象，從而提高了分壁精餾塔操作的穩(wěn)定性，可用于大規(guī)模的工業(yè)化應(yīng)用。
【專利說明】
分壁精餾塔塔板及具有該塔板的分壁精餾塔
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種分壁精餾塔塔板及具有該塔板的分壁精餾塔。
【背景技術(shù)】
[0002] 精餾是化工中首選的分離過程，雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是能耗特別大，為節(jié)能，國內(nèi) 外已研制出一些節(jié)能型耦合精餾塔:如反應(yīng)與精餾耦合的塔;精餾與其他分離過程耦合的 塔（吸附-精餾耦合、結(jié)晶-精餾耦合等）；精餾-精餾耦合的塔：熱耦精餾塔（Petlyuk Column);內(nèi)部熱耦合精餾塔(ITCDIC);分隔壁精餾塔(Dividing wall column簡稱DWC)。
[0003] 國內(nèi)已有高校研究并有文章關(guān)于節(jié)能型的精餾耦合塔，但尚未發(fā)現(xiàn)DWC研究機(jī)構(gòu) 和應(yīng)用單位。DWC是在精餾塔內(nèi)部設(shè)一垂直隔板，將精餾塔分成上部公共精餾段、下部公共 提餾段、及由隔板分開的預(yù)精餾段及側(cè)線采出段四部分。由于DWC與熱耦精餾分離的原理及 計(jì)算方法是一致的，DWC在熱力學(xué)上等同于一個Pet Iyuk塔，比傳統(tǒng)的兩塔系統(tǒng)節(jié)約了 30 % 的投資費(fèi)用。因此有人把DWC歸為耦精餾塔的特例，但因 DWC比熱耦精餾塔少一臺精餾塔及 相應(yīng)管路，因此投資及占地面積比熱耦精餾塔少DWC分離3組分混合物時，只需1個精餾塔就 可得到3個純組分，這就節(jié)省了 1個精餾塔及其附屬設(shè)備，如再沸器、冷凝器、塔頂回流栗及 管道。雖然DWC比原有2塔流程的每個精餾塔大，但總的設(shè)備投資會降低許多。DWC是熱力學(xué) 上最理想的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在分離3組分混合物時，用相同的理論板數(shù)，完成同樣的分離任務(wù)，采 用D W C比傳統(tǒng)的兩塔流程需更少的再沸熱量和冷凝量，L e s t a k [ L e s t a k F， CoIIinsC.Advanced Distillation Saves Energy and Capital[J].Chem Eng,1997,104 (7): 72-76]指出，對于某些給定的物料，分隔板式精餾塔和常規(guī)精餾塔相比需更小的回流 比，故操作容量增大，節(jié)能最高可達(dá)到60%以上，可節(jié)省設(shè)備投資30 % AWC能廣泛地應(yīng)用于 石油精制、石油化工、化學(xué)品及氣體精制。
[0004] 采用DWC分離3組分混合物時，從塔底上升的蒸汽在分隔板兩側(cè)分為兩部分，蒸汽 在分隔板的兩側(cè)分配進(jìn)行適當(dāng)分配，根據(jù)進(jìn)料及中間出料情況，在某種情況下具有熱力學(xué) 優(yōu)勢。分隔板兩側(cè)空間通常利用填料或板式塔或復(fù)合塔板構(gòu)成。但無論填料塔還是板式 塔，對工業(yè)生產(chǎn)來說，應(yīng)盡可能滿足如下要求：
[0005] (1)生產(chǎn)能力大。在保證正常操作條件下，單位塔截面上可通過較大的氣液相流 量；
[0006] (2)塔內(nèi)件阻力小。阻力小可以節(jié)省操作費(fèi)用；
[0007] (3)具有適宜的操作彈性。當(dāng)氣液量在一定范圍內(nèi)波動時，仍能保持正常操作具有 較高的傳質(zhì)效率；
[0008] (4)結(jié)構(gòu)簡單，便于制造、安裝、操作和維修。
[0009] 基于以上原因，目前工業(yè)應(yīng)用的精餾塔內(nèi)采用板式塔的更多些。但對于分壁精餾 塔而言，塔板的設(shè)計(jì)遠(yuǎn)比普通精餾塔復(fù)雜，如果氣液接觸塔板設(shè)計(jì)的不合理很難達(dá)到理想 的分離效果[2. Oluj i6，.M · J5d.e.ck.e.，A · Shilkin，G. Schuch ,B.Kaibel ,Equipment improvement trends in distillation,ChemicalEngineering and Processing:Process Intensification, 2009,48(6): 1089-1104]。因此，分隔板兩側(cè)的塔板的結(jié)構(gòu)及性能成為此 類塔設(shè)計(jì)及優(yōu)化操作的一個關(guān)健。
[0010]專利US7234691B2中的分壁精餾塔塔板是將半圓形板面分成幾個扇形區(qū)域，一部 分扇形區(qū)域用作受液區(qū)，一部分扇形區(qū)域用作鼓泡區(qū)，其余部分用作降液區(qū)。
[0011] 但現(xiàn)有技術(shù)存在以下技術(shù)問題：（1)受液區(qū)的液體流經(jīng)鼓泡區(qū)到達(dá)降液區(qū)的距離 差異較大，易造成漏液和液泛(2)該結(jié)構(gòu)易造成塔板上氣體分布不均；（3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工成 本高。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0012] 本實(shí)用新型的目的是為實(shí)現(xiàn)分壁精餾塔高效分離、穩(wěn)定運(yùn)行和長周期操作。該裝 置受液區(qū)的液體流經(jīng)鼓泡區(qū)到達(dá)降液區(qū)的距離是相同的，避免了塔板上液流短路及液面梯 度過大而造成的漏液和夾帶現(xiàn)象，從而提高了分壁精餾塔操作的穩(wěn)定性，為分壁精餾塔長 周期高效運(yùn)行提供保證。
[0013] 為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下：本實(shí)用新型公開了一種分壁 精餾塔，在精餾塔的縱向設(shè)置一塊分隔板，將精餾塔內(nèi)空間分成上部公共精餾段、中間分壁 區(qū)和下部公共提餾段，中間分壁區(qū)兩側(cè)為預(yù)精餾段和側(cè)線采出段；中間分壁區(qū)兩側(cè)設(shè)置氣 液接觸塔板，塔板上包括受液區(qū)、溢流堰、鼓泡區(qū)和降液區(qū)，其特征在于受液區(qū)與降液區(qū)分 別分布在半圓形弧頂和分隔板一側(cè)，塔板上受液區(qū)與降液區(qū)水平方向保持平行。
[0014] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，分壁精餾塔塔板的受液區(qū)與降液區(qū)面積之比為0.6-1.5,更為優(yōu)選地0.8-1.2。
[0015] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，受液區(qū)或降液區(qū)形狀為弓形、類弓形、圓弧形和類圓弧 形。
[0016] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，分壁區(qū)每層塔板的受液區(qū)與上一層塔板的降液管相通， 鼓泡區(qū)介于受液區(qū)和降液區(qū)之間是氣液兩相傳質(zhì)的主要區(qū)域，降液區(qū)與下一層塔板的降液 管相連，受液區(qū)與降液區(qū)水平方向保持平行，其中至少一個受液區(qū)靠近分隔板，同時至少一 個降液區(qū)靠近半圓形弧頂。
[0017] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，分壁精餾塔每層氣液接觸塔的受液區(qū)和降液區(qū)交替與 分隔板和半圓形弧頂相連。
[0018] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，分壁精餾塔塔板上下兩側(cè)的降液管分交替與分隔板和 塔內(nèi)壁相連。
[0019] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，分壁精餾塔塔板的開孔率為5%-20%
[0020] 上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，分壁精餾塔氣液接觸塔板上受液區(qū)和降液區(qū)均設(shè)置有 溢流堰。
[0021 ]上述技術(shù)方案中，優(yōu)選地，分壁精餾塔氣液接觸塔板采用浮閥塔板。
[0022] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0023] 本實(shí)用新型分壁精餾塔塔板上受液區(qū)與降液區(qū)水平方向保持平行，其中至少有一 個受液區(qū)靠近分隔板，同時至少一個降液區(qū)靠近塔壁面。這樣的結(jié)構(gòu)有利于受液區(qū)的液體 流經(jīng)鼓泡區(qū)到達(dá)降液區(qū)的距離是相同的，避免了塔板上液流短路及液面梯度過大而造成的 漏液和夾帶現(xiàn)象，從而提高了分壁精餾塔操作的穩(wěn)定性。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本實(shí)用新型分壁塔結(jié)構(gòu)示意圖
[0025] 1-公共精餾段;2-分壁區(qū)；3-公共提餾段;4-分隔板;5-預(yù)分餾段;6-側(cè)線出料段； 塔板；
[0026] 圖2為本實(shí)用新型塔板結(jié)構(gòu)示意圖
[0027] 8-塔壁;9-受液區(qū)；10-受液區(qū)溢流堰；11-降液區(qū)；12-降液區(qū)溢流堰；13-鼓泡區(qū)； 14-支撐板
[0028] 圖3為本實(shí)用新型塔板結(jié)構(gòu)示意圖
[0029] 圖4為本實(shí)用新型塔板結(jié)構(gòu)示意圖
[0030] 圖5為本實(shí)用新型塔板結(jié)構(gòu)示意圖 [0031]圖6為對比例塔板結(jié)構(gòu)示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的分壁精餾塔進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0033]【實(shí)施例1】
[0034]待分離原料由原料罐A，經(jīng)進(jìn)料栗、原料預(yù)熱器進(jìn)入到分壁塔的分壁區(qū)（2)預(yù)分餾 段(5)，在預(yù)分餾段(5)汽化后的輕組分上升與回流的液體進(jìn)行逆流接觸精餾分離，最后在 分隔板頂部會同從分壁塔側(cè)線采出側(cè)上升的氣體一起經(jīng)升氣孔上升到公共精餾段（1)，與 塔頂回流的液體進(jìn)行接觸精餾分離后從塔頂引出，經(jīng)塔頂冷凝器冷凝后，由液體分配器進(jìn) 行液相分配，一部分塔頂采出作為產(chǎn)品，其余部分作為塔頂回流經(jīng)由管道返回塔內(nèi)，分為兩 路返回到分壁塔分隔板的兩側(cè)。分壁塔塔釜內(nèi)為重組分液體，經(jīng)塔底冷凝器冷卻后，由塔釜 產(chǎn)品栗打入塔釜產(chǎn)品罐。
[0035] 氣液兩相在氣液接觸塔板上接觸進(jìn)行傳質(zhì)、傳熱，塔板上包含受液區(qū)（9)、鼓泡區(qū) (13)和降液區(qū)（11)，受液區(qū)（9)與上一層塔板的降液管相連，鼓泡區(qū)介于受液區(qū)（9)和降液 區(qū)（11)之間是氣液兩相傳質(zhì)的主要區(qū)域，降液區(qū)（11)與下一層塔板的降液管相連，下層塔 板的受液區(qū)與上層塔板的降液區(qū)在同一側(cè)，下層塔板的降液區(qū)與上層塔板的受液區(qū)在同一 偵L上層塔板降液區(qū)的液體通過降液管流入下層塔板的受液區(qū)上。經(jīng)過多層塔板的氣液傳 質(zhì)、傳熱，輕組分、中組分和中間組分最終實(shí)現(xiàn)分離。
[0036] 中間分壁區(qū)采用具有弓形降液管的分壁精餾塔塔板，塔板由不銹鋼制成，如圖2 所示，塔板包括受液區(qū)（9)、溢流堰（10)、鼓泡區(qū)（13)、降液區(qū)（11)，受液區(qū)（9)與降液區(qū)（11) 面積之比為0.9;塔板高度為450mm，溢流堰高度為50mm，塔板開孔率為12 %。
[0037] 經(jīng)72小時現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該裝置可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、可控、穩(wěn)定的運(yùn)行，未出現(xiàn)漏液和 過量液沫夾帶現(xiàn)象。
[0038]【實(shí)施例2】
[0039]工藝流程同【實(shí)施例1】，中間分壁區(qū)采用具有圓弧形降液管的分壁精餾塔塔板，塔 板由不銹鋼制成，如圖3所示，塔板包括受液區(qū)（9)、溢流堰（10)、鼓泡區(qū)（13)、降液區(qū)（11)， 受液區(qū)（9)與降液區(qū)（11)面積之比為1.1;塔板高度為450mm，溢流堰高度為50mm，塔板開孔 率為12%。
[0040] 經(jīng)72小時現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該裝置可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、可控、穩(wěn)定的運(yùn)行，未出現(xiàn)漏液和 過量液沫夾帶現(xiàn)象。
[0041 ]【實(shí)施例3】
[0042] 工藝流程同【實(shí)施例1】，中間分壁區(qū)采用具有類圓弧形降液管的分壁精餾塔塔板， 塔板由不銹鋼制成，如圖4所示，塔板包括受液區(qū)（9)、溢流堰（10)、鼓泡區(qū)（13)、降液區(qū) (11)，受液區(qū)（9)與降液區(qū)（11)面積之比為1;塔板高度為450mm，溢流堰高度為50mm，塔板開 孔率為8 %。
[0043] 經(jīng)72小時現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該裝置可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、可控、穩(wěn)定的運(yùn)行，未出現(xiàn)漏液和 過量液沫夾帶現(xiàn)象。
[0044] 【實(shí)施例4】
[0045] 工藝流程同【實(shí)施例1】，中間分壁區(qū)采用具有類圓弧形降液管的分壁精餾塔塔板， 塔板由不銹鋼制成，如圖5所示，塔板包括受液區(qū)（9)、溢流堰（10)、鼓泡區(qū)（13)、降液區(qū) (11)，受液區(qū)（9)與降液區(qū)（11)面積之比為1;塔板高度為450mm，溢流堰高度為50mm，塔板開 孔率為10%。
[0046] 經(jīng)72小時現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該裝置可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、可控、穩(wěn)定的運(yùn)行，未出現(xiàn)漏液和 過量液沫夾帶現(xiàn)象。
[0047] 【對比例1】
[0048] 工藝流程同【實(shí)施例1】，中間分壁區(qū)采用具有扇形降液管的分壁精餾塔塔板，塔板 由不銹鋼制成，如圖5所示，塔板包括受液區(qū)（9)、溢流堰（10)、鼓泡區(qū)（13)、降液區(qū)（11)，受 液區(qū)（9)與降液區(qū)（11)面積之比為1;塔板高度為450_，溢流堰高度為50mm，塔板開孔率為 10%〇
[0049] 經(jīng)72小時現(xiàn)場試驗(yàn)表明，該裝置操作空間小、液流在塔板上容易短路的，造成過量 霧沫夾帶和漏液。
[0050] 顯然，采用本實(shí)用新型的裝置，可以達(dá)到連續(xù)、可控、穩(wěn)定的運(yùn)行，強(qiáng)化分壁精餾工 藝目的，具有較大的技術(shù)優(yōu)勢。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種分壁精餾塔板，其包括受液區(qū)（9)、溢流堰（10)、鼓泡區(qū)（13)、降液區(qū)（11)，其特 征在于受液區(qū)(9)與降液區(qū)（11)分別分布在半圓形弧頂和分隔板一側(cè)。2. 按照權(quán)利要求1所述的分壁精餾塔板，其特征在于受液區(qū)（9)與降液區(qū)（11)之比為 0.6~1.5〇3. 按照權(quán)利要求1所述的分壁精餾塔板，其特征在于受液區(qū)（9)與降液區(qū)（11)形狀為弓 形、類弓形、圓弧形和類圓弧形。4. 一種分壁精餾塔，在精餾塔的縱向設(shè)置一塊分隔板(4)，將精餾塔內(nèi)空間分成上部公 共精餾段（1)、中間分壁區(qū)（2)和下部公共提餾段(3)，中間分壁區(qū)兩側(cè)為預(yù)精餾段(5)和側(cè) 線采出段(6);其特征在于中間分壁區(qū)采用權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述分壁塔塔板。5. 按照權(quán)利要求4所述的分壁精餾塔，其特征在于，分壁區(qū)每層塔板的受液區(qū)與上一層 塔板的降液管相通，鼓泡區(qū)（13)介于受液區(qū)（9)和降液區(qū)（10)之間是氣液兩相傳質(zhì)的主要 區(qū)域，降液區(qū)與下一層塔板的降液管相連，受液區(qū)與降液區(qū)水平方向保持平行，其中至少一 個受液區(qū)靠近分隔板，同時至少一個降液區(qū)靠近半圓形弧頂。6. 按照權(quán)利要求4所述的分壁精餾塔，其特征在于，所述的分壁精餾塔每層氣液接觸塔 的受液區(qū)和降液區(qū)交替與分隔板和半圓形弧頂相連。7. 按照權(quán)利要求4所述的分壁精餾塔，其特征在于，所述的分壁精餾塔塔板上下兩側(cè)的 降液管分交替與分隔板和塔內(nèi)壁相連。8. 按照權(quán)利要求4所述的分壁精餾塔，其特征在于，所述的分壁精餾塔塔板的開孔率為 5%-20%〇
【文檔編號】B01D3/28GK205549653SQ201520817401
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年10月21日
【發(fā)明人】王清立, 陳亮, 鐘思青, 郭艷姿
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院