CN105233517A - 内置降膜式重沸器精馏塔及其精馏方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内置降膜式重沸器精馏塔，包括塔釜和设置在塔釜内的降膜重沸器，降膜重沸器包括上管板、下管板、至少一根升气管结构和至少两根换热管结构。本发明还提供一种内置降膜式重沸器精馏塔的精馏方法。上述内置降膜式重沸器精馏塔及其精馏方法，将降膜重沸器集成在塔釜内，大大减少了设备投资与操作成本并增加了操作稳定性。此外，通过上管板收集含大部分重组分的物料并形成均匀的液层，避免了液面波动，大大增强了换热管的成膜效果。

Description

内置降膜式重沸器精馏塔及其精馏方法

技术领域

本发明涉及化工设备，特别是涉及内置降膜式重沸器精馏塔及其精馏方法。

背景技术

降膜重沸器的工作原理是：将料液经上管箱成膜分配器均匀分配至各换热管内，料液在重力和气流作用下呈均匀膜状自上而下流动，受换热管外侧加热介质加热不断汽化，并从换热管下管箱以气液两相的形式流出。降膜重沸器具有压降极小、传热系数高、要求传热温差低等一系列优点，特别适用于热敏性及高真空工况，广泛应用于化工、医药、食品等行业。

传统的精馏塔，降膜重沸器设置在塔体外侧，多采用强制循环形式，需采用泵来增压，势必增加相应的设备投资与操作成本。同时，由于降膜重沸器的关键在于换热管内成膜效果，而泵送出重沸器物料不可避免具有一定不连续性和波动性，操作不稳定导致成膜效果较差，或需采用设计复杂的成膜分配器以满足其成膜效果，势必也将增加投资成本。

发明内容

基于此，有必要针对传统的精馏塔，降膜式重沸器设置在塔体外侧，需采用泵增压，操作不稳定导致成膜效果较差、投资操作成本高的问题，提供一种操作稳定、成膜效果好、投资操作成本低的内置降膜式重沸器精馏塔。

本发明还提供一种内置降膜式重沸器精馏塔的精馏方法。

一种内置降膜式重沸器精馏塔，包括塔釜和设置在所述塔釜内的降膜重沸器，所述降膜重沸器包括上管板、下管板、至少一根升气管结构和至少两根换热管结构，所述上管板水平设置在所述塔釜内远离底部的一端，所述下管板水平设置在所述塔釜内靠近底部的一端，每根所述升气管结构竖直设置在所述上管板和下管板之间，且每根所述升气管结构的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，每根所述换热管结构竖直设置在所述上管板和下管板之间，且每根所述换热管结构的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，每根所述升气管结构穿过所述上管板的一端高于每根所述换热管结构穿过所述上管板的一端。

在其中一个实施例中，所述至少一根升气管结构和所述至少两根换热管结构交错均匀分布在所述上管板和下管板之间。

在其中一个实施例中，每根所述升气管结构包括升气管、筋条和盖板，所述升气管竖直设置在所述上管板和下管板之间，且所述升气管的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，所述升气管穿过所述上管板的一端通过所述筋条与所述盖板相连。

在其中一个实施例中，每根所述换热管结构包括换热管、导流管和盖帽，所述换热管竖直设置在所述上管板和下管板之间，且所述换热管的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，所述换热管穿过所述上管板的一端设有锯齿状开口，所述导流管的一端与盖帽相连，另一端通过所述锯齿状开口伸进所述换热管内。

在其中一个实施例中，所述导流管的中心线与所述换热管的中心线在同一直线上，所述导流管的外壁与所述换热管的内壁之间留有空隙。

在其中一个实施例中，所述空隙的间距为1mm~10mm。

在其中一个实施例中，所述锯齿状开口中每个锯齿的深度与宽度比≥1。

一种内置降膜式重沸器精馏塔的精馏方法，包括以下步骤：

待分离物料进入所述内置降膜式重沸器精馏塔内，由于精馏租用，含大部分重组分的物料下降；

所述含大部分重组分的物料下降，经所述上管板收集，在所述换热管结构穿过所述上管板的一端与所述升气管结构穿过所述上管板的一端之间形成均匀的液层；

所述液层在所述换热管结构内形成稳定向下流动的膜状液层；

所述膜状液层在所述换热管结构内不断汽化，在重力与气相压力推定下，在所述换热管结构内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，所述换热管结构内从上至下传热系数不断增大，在所述换热管结构的底部形成气相流和液相流；

所述气相流上升进入所述升气管结构；

所述液相流作为塔釜产品采出。

在其中一个实施例中，所述换热管结构包括换热管、导流管和盖帽，所述换热管竖直设置在所述上管板和下管板之间，且所述换热管的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，所述换热管穿过所述上管板的一端设有锯齿状开口，所述导流管的一端与盖帽相连，另一端通过所述锯齿状开口伸进所述换热管内；

所述液层在所述换热管结构内形成稳定向下流动的膜状液层的步骤具体为：

所述液层从所述盖帽与所述锯齿状开口之间的孔隙均匀流入所述换热管内，在所述导流管外壁与所述换热管内壁之间形成均匀稳定向下流动的膜状液层。

在其中一个实施例中，所述膜状液层在所述换热管结构内不断汽化，在重力与气相压力推动下，在所述换热管结构内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，所述换热管结构内从上至下传热系数不断增大，在所述换热管结构的底部形成气相流和液相流的步骤具体为：

所述膜状液层在所述换热管外加热介质的作用下不断汽化，在重力与气相压力推动下，在所述换热管内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，所述换热管内从上至下传热系数不断增大，在所述换热管的底部形成气相流和液相流。

上述内置降膜式重沸器精馏塔及其精馏方法，将降膜重沸器集成在塔釜内，大大减少了设备投资与操作成本并增加了操作稳定性。

此外，通过上管板收集含大部分重组分的物料并形成均匀的液层，避免了液面波动，大大增强了换热管的成膜效果。

附图说明

图1为一实施方式的内置降膜式重沸器精馏塔的结构示意图。

图2为图1中升气管结构的局部放大图。

图3为图1中换热管结构的局部放大剖视图。

图4为图1中换热管结构的局部放大图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，本发明中内置降膜式重沸器精馏塔除了塔釜和降膜重沸器以外，塔内的结构可以是现有的任一精馏塔内的结构。

请参阅图1，一种内置降膜式重沸器精馏塔，包括塔釜10和设置在塔釜10内的降膜重沸器20。

其中，降膜重沸器20包括上管板22、下管板24、至少一根升气管结构26和至少两根换热管结构28。

上管板22设置在塔釜10内远离底部的一端。下管板24设置在塔釜10内靠近底部的一端。

每根升气管结构26竖直设置在上管板22和下管板24之间，且每根升气管结构26的一端穿过上管板22固定，另一端穿过下管板24固定。

每根换热管结构28竖直设置在上管板22和下管板24之间，且每根换热管结构28的一端穿过上管板22固定，另一端穿过下管板24固定。

其中，每根升气管结构26穿过上管板22的一端高于每根换热管结构28穿过上管板22的一端。

待分离物料进入内置降膜式重沸器精馏塔内，由于精馏作用，含大部分重组分的物料下降，经最后一层塔板或填料均匀收集进上管板22。

可以理解，取决于降膜重沸器20的尺寸与汽化量，由此产生的压降将使上管板22上方的液位维持在升气管结构26穿过上管板22的一端与换热管结构28穿过上管板22的一端之间，满足换热管结构28穿过上管板22的一端处于液封状态。

升气管结构26高出上管板22的高度由换热管结构28高出上管板22的高度与压降计算共同决定。

为了防止偏流，上述至少一根升气管结构26和至少两根换热管结构28交错均匀分布在上管板和下管板之间。

例如，在本实施方式中，只有一根升气管结构26和多根换热管结构28时，该升气管结构26的中心线与精馏塔的中心线在同一直线上，多根换热管结构28则以该升气管结构26为中心线呈放射状均匀分布。

请参阅图2，每根升气管结构26包括升气管262、筋条264和盖板266。

具体的，升气管262竖直设置在上管板22和下管板24之间，且升气管262的一端穿过上管板22固定，另一端穿过下管板24固定。

升气管262穿过上管板22的一端通过筋条264与盖板266相连。

升气管262的顶部设置盖板266，用于防止上管板22上的液相通过升气管262直接进入塔釜10的底部，

需要说明的是，升气管262的尺寸由工况决定，升气管262的截面积不小于精馏塔塔体截面积的8%。

请参阅图3~4，每根换热管结构28包括换热管282、导流管284和盖帽286。

具体的，换热管282竖直设置在上管板22和下管板24之间，且换热管282的一端穿过上管板22固定，另一端穿过下管板24固定。

其中，换热管282穿过上管板22的一端设有锯齿状开口288。

导流管284的一端与盖帽286相连，另一端通过该锯齿状开口288伸进换热管282内。

为了防止偏流，导流管284的中心线与换热管282的中心线在同一直线上。

导流管284的外壁与换热管282的内壁之间留有空隙。

需要说明的是，锯齿状开口288中每个锯齿的尺寸、换热管282的尺寸及导流管284的尺寸由操作介质性质（粘性、结晶性等）与工况计算决定。

优选的，空隙间距为1mm~10mm。锯齿状开口288中每个锯齿的深度与宽度比≥1。

上管板22上形成的液层，经盖帽266与锯齿状开口288之间的孔隙均匀流入换热管282内，在导流管284的作用下，在换热管282的内壁与导流管284的外壁之间形成均匀稳定向下流动的膜状液层。该膜状液层在换热管282外加热介质的作用下不断汽化，在重力与气相压力推动下，在换热管282内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜。换热管282从上至下传热系数不断增大，在换热管282底部形成气相流和液相流。气相流上升进入升气管262，液相流作为塔釜产品采出。

上述内置降膜式重沸器精馏塔的精馏方法，包括以下步骤：

S110、待分离物料进入该内置降膜式重沸器精馏塔内，由于精馏作用，含大部分重组分的物料下降。

S120、含大部分重组分的物料下降，经上管板收集，在换热管结构穿过上管板的一端与升气管结构穿过上管板的一端之间形成均匀的液层。

具体的，含大部分重组分的物料下降，经最后一层塔板或填料均匀收集进上管板22，在换热管结构28穿过上管板22的一端与升气管结构26穿过上管板22的一端之间形成均匀的液层。

S130、上述液层在换热管结构内形成稳定向下流动的膜状液层。

具体的，上述液层从盖帽286与锯齿状开口288之间的孔隙均匀流入换热管282内，在导流管284外壁与换热管282内壁之间形成均匀稳定向下流动的膜状液层。

S140、上述膜状液层在换热管结构内不断汽化，在重力与气相压力推动下，在换热管结构内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，换热管结构内从上至下传热系数不断增大，在换热管结构的底部形成气相流和液相流。

具体的，上述膜状液层在换热管282外加热介质的作用下不断汽化，在重力与气相压力推动下，在换热管282内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，换热管282从上至下传热系数不断增大，在换热管282的底部形成气相流和液相流。

S150、上述气相流上升进入升气管结构。

S160、上述液相流作为塔釜产品采出。

上述内置降膜式重沸器精馏塔及其精馏方法，将降膜重沸器集成在塔釜内，大大减少了设备投资与操作成本并增加了操作稳定性。并且，通过上管板收集含大部分重组分的物料并形成均匀的液层，避免了液面波动，大大增强了换热管的成膜效果。

此外，通过设置换热管、导流管、管帽和升气管结构，简化成膜分配机制，使得气液两相在换热管内自上而下同乡流动，大大增加了换热管内的成膜效果与传热系数。

以下为具体实施例。

实施例1

2t/h的待分离富胺液进入内置降膜式重沸器精馏塔内，由于精馏作用，含大部分重组分的物料下降，经最后一层填料均匀散落收集进上管板，其中操作压力为0.1MPa（G），塔径DN500。

上管板上的液层从盖帽与锯齿状开口之间的空隙流入换热管内，在导流管作用下，在导流管外壁与换热管内壁之间形成均匀稳定向下流动的膜状液层，其中锯齿状开口深度与宽度比为1.5，换热管采用DN32换热管，管长2.5m，导流管采用DN25导流管。

膜状液层在换热管外加热介质的作用下不断汽化，在重力与气相压力推动下，在换热管内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，换热管从上至下传热系数不断增大，在换热管的底部形成气相流和液相流。

气相流上升进入升气管结构，液相流作为塔釜产品采出，其中升气管采用DN150升气管，升气管顶部高于上管板高度300mm，换热管顶部高于上管板高度200mm。

经计算，上升降膜重沸器的压降小于0.3kPa，塔釜温度120℃，传热温差可小于5℃，可选用较低的热源并且大大降低胺液的分解。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种内置降膜式重沸器精馏塔，其特征在于，包括塔釜和设置在所述塔釜内的降膜重沸器，所述降膜重沸器包括上管板、下管板、至少一根升气管结构和至少两根换热管结构，所述上管板水平设置在所述塔釜内远离底部的一端，所述下管板水平设置在所述塔釜内靠近底部的一端，每根所述升气管结构竖直设置在所述上管板和下管板之间，且每根所述升气管结构的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，每根所述换热管结构竖直设置在所述上管板和下管板之间，且每根所述换热管结构的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，每根所述升气管结构穿过所述上管板的一端高于每根所述换热管结构穿过所述上管板的一端。

2.根据权利要求1所述的内置降膜式重沸器精馏塔，其特征在于，所述至少一根升气管结构和所述至少两根换热管结构交错均匀分布在所述上管板和下管板之间。

3.根据权利要求1或2所述的内置降膜式重沸器精馏塔，其特征在于，每根所述升气管结构包括升气管、筋条和盖板，所述升气管竖直设置在所述上管板和下管板之间，且所述升气管的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，所述升气管穿过所述上管板的一端通过所述筋条与所述盖板相连。

4.根据权利要求1或2所述的内置降膜式重沸器精馏塔，其特征在于，每根所述换热管结构包括换热管、导流管和盖帽，所述换热管竖直设置在所述上管板和下管板之间，且所述换热管的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，所述换热管穿过所述上管板的一端设有锯齿状开口，所述导流管的一端与盖帽相连，另一端通过所述锯齿状开口伸进所述换热管内。

5.根据权利要求4所述的内置降膜式重沸器精馏塔，其特征在于，所述导流管的中心线与所述换热管的中心线在同一直线上，所述导流管的外壁与所述换热管的内壁之间留有空隙。

6.根据权利要求5所述的内置降膜式重沸器精馏塔，其特征在于，所述空隙的间距为1mm~10mm。

7.根据权利要求4所述的内置降膜式重沸器精馏塔，其特征在于，所述锯齿状开口中每个锯齿的深度与宽度比≥1。

8.一种权利要求1所述的内置降膜式重沸器精馏塔的精馏方法，其特征在于，包括以下步骤：

待分离物料进入所述内置降膜式重沸器精馏塔内，由于精馏作用，含大部分重组分的物料下降；

所述含大部分重组分的物料下降，经所述上管板收集，在所述换热管结构穿过所述上管板的一端与所述升气管结构穿过所述上管板的一端之间形成均匀的液层；

所述液层在所述换热管结构内形成稳定向下流动的膜状液层；

所述膜状液层在所述换热管结构内不断汽化，在重力与气相压力推动下，在所述换热管结构内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，所述换热管结构内从上至下传热系数不断增大，在所述换热管结构的底部形成气相流和液相流；

所述气相流上升进入所述升气管结构；

所述液相流作为塔釜产品采出。

9.根据权利要求8所述的内置降膜式重沸器精馏塔的精馏方法，其特征在于，所述换热管结构包括换热管、导流管和盖帽，所述换热管竖直设置在所述上管板和下管板之间，且所述换热管的一端穿过所述上管板固定，另一端穿过所述下管板固定，所述换热管穿过所述上管板的一端设有锯齿状开口，所述导流管的一端与盖帽相连，另一端通过所述锯齿状开口伸进所述换热管内；

所述液层在所述换热管结构内形成稳定向下流动的膜状液层的步骤具体为：

所述液层从所述盖帽与所述锯齿状开口之间的孔隙均匀流入所述换热管内，在所述导流管外壁与所述换热管内壁之间形成均匀稳定向下流动的膜状液层。

10.根据权利要求9所述的内置降膜式重沸器精馏塔的精馏方法，其特征在于，所述膜状液层在所述换热管结构内不断汽化，在重力与气相压力推动下，在所述换热管结构内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，所述换热管结构内从上至下传热系数不断增大，在所述换热管结构的底部形成气相流和液相流的步骤具体为：

所述膜状液层在所述换热管外加热介质的作用下不断汽化，在重力与气相压力推动下，在所述换热管内加速形成均匀并逐渐减薄的液膜，所述换热管从上至下传热系数不断增大，在所述换热管的底部形成气相流和液相流。