CN106139627A - 一种分隔板精馏塔 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种分隔板精馏塔，包括沿所述分隔板精馏塔轴向设置的分隔板，且在所述分隔板下方设置有沿所述分隔板精馏塔的径向方向的气体分流板驱动轴及一端固定连接于所述驱动轴的气体分流板，所述气体分流板围绕所述气体分流板驱动轴进行枢轴转动，以控制来自所述气体分流板下方的物流在所述分隔板两侧的空间中的分配，在分隔板两侧设置集液板，在集液板上布置升气筒以及与集液板相联通的外置降液管，外置降液管用于将液体引回精馏塔，所述升气筒内设置用于测定气体流速的测速探头。该分隔板塔能够克服现有立式分隔板精馏塔在分离过程中，分隔板区域的底部上升气体与上部回流液体不能实现独立控制的缺点。
Description
技术领域
本发明涉及一种分隔板精馏塔。
技术背景
精馏技术是化工领域中应用最为广泛的单元操作，虽有许多优点，但同时也是工业过程中能耗和投资较高的部分，在化工等行业中，其能耗占全过程总能耗的一半以上。热耦精馏是20世纪40~50年代提出的一种复杂精馏方式，它可以降低过程中的不可逆有效能损失，从而降低过程的能耗。理论和实例证明，热耦精馏塔比常规精馏方案减少能耗平均可达30%左右。热耦精馏一般是指全热耦精馏。对于三组分混合物分离或分离混合物得三产物的精馏过程，热耦精馏塔分为Petlyuk精馏塔和立式分隔板精馏塔。二者在热力学上是等价的，但立式分隔板精馏塔可进一步减少设备投资。但由于分隔板精馏塔将预分离塔和主塔集成于一个塔壳内，因此，有人把分隔板精馏塔视为是Petlyuk塔的一个特例。立式分隔板精馏塔是指在精馏塔内部设置一垂直隔板，将精馏塔分割成塔顶段、塔底段以及由隔板分开的进料段和中间侧线产品采出段四个主要部分。与传统的两个常规塔序列流程相比，可节能30-60%，节省设备投资30%左右， 并且操作容量增大。虽然分壁塔具有上述显著优点，但是，从二十世纪三十年代分隔板精馏塔概念的提出到其成功工业化应用却经历了很长一段时间，这主要是由于缺少可靠的设计方法和可行的操作和控制方案，从而影响了它的广泛应用。
美国专利US4230533中使用的液体回流是以液位差为动力，通过流量计调节；塔底上升气体通过走旁路的方式来实现分配调节，并且液体回流分配与气体分配之间没有相互关联。美国专利USPA5755933中的分壁塔是将分隔板延伸到分壁塔的顶部或底部，然后通过冷凝器或再沸分别回流。美国专利US7267746中介绍了一种分隔板精馏塔的控制方法，该方法是将含有不同组分的物流分别在塔的不同部位加入，以形成液体回流控制，并以塔顶的温度为调节指标，对进塔的物流流量进行调整。但是上述技术中，均存在，塔顶回流液体与塔底上升气体不能实现独立控制的缺点。
发明内容
本发明的目的是克服现有立式分隔板精馏塔在分离过程中，分隔板区域的底部上升气体与上部回流液体不能实现独立控制的缺点，提供一种外置降液管式新型分隔板精馏塔。
一种分隔板精馏塔，包括沿所述分隔板精馏塔轴向设置的分隔板，且在所述分隔板下方设置有沿所述分隔板精馏塔的径向方向的气体分流板驱动轴及一端固定连接于所述驱动轴的气体分流板，所述气体分流板围绕所述气体分流板驱动轴进行枢轴转动，以控制来自所述气体分流板下方的物流在所述分隔板两侧的空间中的分配，在分隔板两侧设置集液板，在集液板上布置升气筒以及与集液板相联通的外置降液管，外置降液管用于将液体引回精馏塔，所述升气筒内设置用于测定气体流速的测速探头。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，在分隔板两侧距分隔板底端垂直距离为0.1～0.5米，优选为0.1～0.3米处设置集液板。所述集液板沿塔的径向水平放置，集液板沿周向与塔体内壁及分隔板焊接在一起。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述升气筒为圆形，并以分隔板为对称面分布于两侧的集液板上。在每一侧半圆形的集液板上设置若干个升气筒，升气筒上部设置人字形帽罩，底部与集液板焊接在一起，并可与集液板下部的塔内空间贯通。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，外置降液管用于将液体引回精馏塔内，引入位置距分隔板底端垂直距离为1/2D～3/4D，优选为1/2D～2/3D（D为塔内径）。所述外置降液管由引液管、纵向降液管和回流返回管三部分焊接而成。引液管横向放置，引液管的横向中心轴线与分隔板纵向中心轴线垂直相交，引液管外壁的下缘与集液板的上缘在同一水平面上，引液管与塔体贯通焊接在一起。回流返回管横向水平放置，并且在横向部分设置下凹式“U”型弯，回流返回管与塔体贯通焊接在一起。所述外置降液管共设两路，并以分隔板为对称面纵向放置在塔的两侧。
在本发明一种新型分隔板精馏塔中，测速探头从升气筒纵向中间位置水平插入升气筒内，测速探头位于升气筒内部中心轴线位置处。
在本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述气体分流板驱动轴能够驱动气体分流板的转动。
在本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述气体分流板设置为使得所述气体分流板在能够阻挡来自所述气体流板下方的物流进入所述分隔板一侧空间的气体位置和能够阻挡来自所述气体分流板下方的物流进入所述分隔板另一侧空间的第二位置之间转动。具体可描述为所述气体分流板的转动角度为90°～-90°，优选为80°～-80°（以分隔板精馏塔的轴线为基准）。
在本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述分隔板和气体分流板驱动轴处于所述分隔板精馏塔的同一个轴平面上。即，处于分隔板精馏塔的中心轴线所处的平面上。
在本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述分隔板精馏塔的横截面为圆形，且所述气体分流板为圆冠形。具体可描述为，所述气体分流板的直边与分隔板平行，直边长度与塔体内径相同，气体分流板的弧形边顶点与分流板直边中点的距离为1/8D～1/2D，优选为1/3D～1/2D（D为塔内径）。
在本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述分隔板两侧空间的横截面积相同，且所述气体分流板的圆冠弦长与所述分隔板精馏塔的内径相同，所述气体分流板的圆冠顶部与弦的距离小于所述分隔板精馏塔的中心至所述分隔板精馏塔内壁的距离。
在本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述气体分流板与气体分流板驱动轴固定连接，且所述气体分流板驱动轴能够转动并在气体分流板驱动轴转动的带动下转动所述气体分流板，所述气体分流板驱动轴在分隔板底部放置，并与分隔板底部实现无缝滚动接触，且所述气体分流板驱动轴的一端承载于塔体内壁，另一端穿过塔体与转动控制器连接。
在本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述分隔板精馏塔可以包括塔体、分隔板，所述分隔板将塔体分成塔顶段、塔底段、进料段和中间侧线产品采出段四个部分，所述分隔板精馏塔还包括用于气体分流的气体分流板和驱动轴，所述气体分流板呈圆冠形，气体分流板的直边和驱动轴固定连接并能够在驱动轴的带动下在塔底段转动，所述驱动轴在分隔板底部放置，并与分隔板底部实现无缝滚动接触，驱动轴的一端承载于塔体内壁，另一端穿过塔体与转动控制器连接。所述分隔板沿塔体中心线垂直放置，分隔板的中心与塔体的中心一致；分隔板的长度为0.3H～0.9H，优选为0.4H～0.8H（H为塔高）所述转动控制器可以采用电动或气动控制，可以实现连续转动调节，调节精度为0.3°～0.5°。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述转动控制器可以采用电动或气动控制，可以实现连续转动调节，调节精度为0.3°～0.5°。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，在所述分隔板上方设置有沿所述分隔板精馏塔的径向方向的第二轴以及一端固定连接于所述第二轴的第二分流板，所述第二分流板围绕第二轴进行枢轴转动，以控制来自所述第二分流板上方的物流在所述分隔板两侧的空间中的分配。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述第二轴能够驱动第二分流板的转动。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述第二分流板设置为使得所述第二分流板在能够阻挡来自所述第二分流板上方的物流进入分隔板一侧空间的第三位置和能够阻挡来自所述第二分流板上方的物流进入分隔板的另一侧空间的第四位置之间转动。具体可描述为所述第二分流板的转动角度为90°～-90°，优选为80°～-80°（以分隔板精馏塔的轴线为基准）。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述分隔板和第二轴处于所述分隔板精馏塔的同一轴平面上。即，处于分隔板精馏塔的中心轴线所处的平面上。
在本发明的一个优选实施方式中，所述分隔板精馏塔的横截面为圆形，且第二分流板为圆冠形。具体可描述为，所述第二分流板的直边与分隔板平行，直边长度与塔体内径相同，第二分流板的弧形边顶点与分流板直边中点的距离为1/8D～1/2D，优选为1/4D～1/2D（D为塔内径）。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述分隔板两侧空间的横截面积相同，且所述第二分流板的圆冠弦长与所述分隔板精馏塔的内径相同，所述第二分流板的圆冠顶部与圆冠弦的距离小于所述分隔板精馏塔的中心至所述分隔板精馏塔内壁的距离。
本发明一种新型分隔板精馏塔中，所述第二分流板和与第二轴固定连接，且所述第二轴能够转动并在第二轴的转动的带动下转动所述第二分流板，所述第二轴在分隔板顶部放置，并与分隔板顶部实现无缝滚动接触，且所述第二轴的一端承载于塔体内壁，另一端穿过塔体与转动控制器连接。
在一个具体的实施例中，所述分隔板精馏塔可以包括塔体、分隔板，所述分隔板将塔体分成塔顶段、塔底段、进料段和中间侧线产品采出段四个部分，所述分隔板精馏塔还包括用于液体分流的第二分流板和第二轴，所述第二分流板呈圆冠形，第二分流板的直边和第二轴固定连接并能够在转动轴的带动下在塔顶段转动，所述转动轴在分隔板顶部放置，并与分隔板顶部实现无缝滚动接触，第二轴的一端承载于塔体内壁，另一端穿过塔体与转动控制器连接。所述分隔板沿塔体中心线垂直放置，分隔板的中心与塔体的中心一致；分隔板的长度为0.3H～0.9H，优选为0.4H～0.8H（H为塔高）。所述转动控制器可以采用电动或气动控制，可以实现连续转动调节，调节精度为0.3°～0.5°。
在本发明的分隔板精馏塔中，用于气体分流的气体分流板的工作过程为：首先流速检测仪检测分隔板两侧升气筒中的气体流速，并将测得的流速信号传送给转动控制器，转动控制器根据设定的计算程序计算得出分隔板两侧的气体分配比，并将之与设定的气体分配比进行比较，根据两者的差值，进行逻辑分析，并作出调节指令，由转动控制器调整转动轴，并由此调整气体分流板转动到所需的位置上即可。
在同时包括上述气体分流板和第二分流板的分隔板精馏塔中，上述气体分流板和第二分流板可同时工作，同时进行对来自分隔板下方的物流和来自分隔板上方的物流的分流。
具体地说，本发明一种新型分隔板精馏塔具有如下优点：
（1）本发明所提供的分隔板精馏塔可以使得塔内分隔板两侧的气相分配和液相分配实现独立调节控制，并可以对分隔板两侧的气相分配和液相分配实现精确控制；
（2）本发明所设计采用的方法解决了在塔内部环境下无法单独检测气相流量的难题，实现了在对气相流速的检测控制；
（3）本发明提供的控制方法操作简单，便于调节。
附图说明
图1为本发明一种新型分隔板精馏塔具体结构示意图；
10-分隔板精馏塔；11-分隔板；12-气液分配盘；13-转动轴；14-气液分配盘；15-气液分配盘；16-第二分流板；17-气液分配盘；18-升气筒；19-流速检查仪；20-气体分流板驱动轴；21-外置降液管；22-气液分配盘；23-气体分流板；24-外置降液管；25-集液板；26-流速检查仪；27-升气筒；28-转动控制器；29-转动控制器；
图2为分隔板精馏塔侧视图
图3为气体分配控制系统图；
图4为液体分配控制系统图；
图5为升气筒布置图；
图6为气体分流板图；
图7为第二分流板图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明所述分隔板精馏塔的工作过程做详细说明。
本发明中进入分隔板精馏塔的待分离物流1含有三种或三种以上的组分，在一定的条件下进入到分隔板精馏塔10中，在Ⅱ区内进料物流首先进行闪蒸分离，分离出的气相在Ⅱ区内上升与从Ⅲ区内上升的气体在第二分流板16的上部汇合，经气液分配盘14分布均匀后上升进入到Ⅰ区内，在Ⅰ区内上升的气体与塔顶回流的液体逆流接触分离后，气相由塔顶管道引出，经塔顶冷凝器冷凝后，一部分作为塔顶产品经由管道2采出，一部分作为塔顶回流返回塔内，并经气液分配盘15进行均布后作为Ⅰ区的回流。从Ⅰ区内回流的液体经液体分流控制系统分流后，按照一定的分配比例，分别流入分隔板11顶部的两侧，从分隔板顶部两侧回流的液体经过气液分配盘12进行均匀分布之后，与上升的气相物流进行接触分离。在分隔板精馏塔的侧线采出侧，侧线产品经管道3抽出送出装置。从分隔板两侧回流的液体在经分隔板底部两侧的集液板25收集后，经两侧的外置降液管21、24返回塔内，汇集后的液体经气液分配盘22均布后进入Ⅳ区，而在分隔板两侧升气筒内部的两个纯气相流体的空间，设置两处气体流速检测仪19和26，用于测量从塔釜上升的气体流速，气体流速检测仪的检测信号传输给转动控制器29，经转动控制器进行逻辑分析后，做出控制指令并执行。从塔釜上升的气体经过气体分配控制系统按照一定的分配比例进行分配后，分别上升进入分隔板的两侧，与从塔顶部分割板两侧回流的液体进行接触分离。塔釜物料一部分经循环加热后返回塔内，另一部分经管道4抽出作为塔底产品。
本发明中，分隔板底部两侧的气体分配比由分隔板底部的气体分配控制系统来进行调整。首先由流速检测仪19和26分别检测出分流板两侧的气体流速，并将测得的流速信号传送给转动控制器29，转动控制器根据设定的计算程序计算得出分隔板两侧的气体分配比，并将之与设定的气体分配比进行比较，根据两者的差值，进行逻辑分析，并作出调节指令，由转动控制器调整转动轴20，并由此调整气体分流板23转动到所需的位置上即可。
在本发明中，分隔板顶部两侧的液体分配比由分隔板顶部的液体分流控制系统来进行调整。首先由转动控制器28根据工艺操作所提出的分隔板精馏塔内分隔板两侧液体分配比的要求，经过内部定义的计算程序，分析计算出为了达到所给定的液体分配比所需调整的第二分流板16的转动角度，并发出执行指令，由转动控制器调整第二轴13，并由此调整液体分流板转动到所需的位置上即可。
下面通过实施例进一步说明本发明的方案和效果。在实施例中，分隔板精馏塔的直径为0.4m，第二分流板为半圆形，半径为0.2m，第二分流板的面积为0.063m2；气体分流板的弧形边顶点与气体分流板直边中点的距离为0.14m，气体分流板的面积为0.04m2；升气筒高度为0.1m，升气筒内径为0.05m；流速检测仪的测速探头分别安装在分隔板板两侧的升气筒内，测速探头水平插入升气筒内部，测速探头在升气筒内部的长度为0.02m，测速探头距集液板的距离为0.05m 。
实施例
1
以正戊烷(A)、正己烷(B)和正庚烷(C)混合物为分离物系，基本操作参数如表1所示：
表1 基本操作参数
物流分配控制系统的状态参数如表2所示：
表2 物流分配控制系统状态参数
分离效果如表3所示：
表3 分离效果
实施例
2
以直馏汽油作为分离物系，油品性质如表4所示。
表4 直馏汽油性质
基本操作参数如表5所示：
表5 基本操作参数
物流分配控制系统的状态参数如表6所示：
表6 物流分配控制系统状态参数
分离效果如表7所示：
表7 分离效果
Claims (22)
1.一种分隔板精馏塔，其特征在于：包括沿所述分隔板精馏塔轴向设置的分隔板，且在所述分隔板下方设置有沿所述分隔板精馏塔的径向方向的气体分流板驱动轴及一端固定连接于所述驱动轴的气体分流板，所述气体分流板围绕所述气体分流板驱动轴进行枢轴转动，以控制来自所述气体分流板下方的物流在所述分隔板两侧的空间中的分配，在分隔板两侧设置集液板，在集液板上布置升气筒以及与集液板相联通的外置降液管，外置降液管用于将液体引回精馏塔，所述升气筒内设置用于测定气体流速的测速探头。
2.根据权利要求1所述的分隔板塔，其特征在于：在分隔板两侧距分隔板底端垂直距离为0.1～0.5米，优选为0.1～0.3米处设置集液板，所述集液板沿塔的径向水平放置，集液板沿周向与塔体内壁及分隔板焊接在一起。
3.根据权利要求1所述的分隔板塔，其特征在于：所述升气筒为圆形，并以分隔板为对称面分布于两侧的集液板上，在每一侧半圆形的集液板上设置若干个升气筒，升气筒上部设置人字形帽罩，底部与集液板焊接在一起，并可与集液板下部的塔内空间贯通。
4.根据权利要求1所述的分隔板塔，其特征在于：外置降液管用于将液体引回精馏塔内，引入位置距分隔板底端垂直距离为1/2D～3/4D，优选为1/2D～2/3D（D为塔内径）。
5.根据权利要求1所述的分隔板塔，其特征在于：所述外置降液管由引液管、纵向降液管和回流返回管三部分焊接而成。
6.根据权利要求5所述的分隔板塔，其特征在于：引液管横向放置，引液管的横向中心轴线与分隔板纵向中心轴线垂直相交，引液管外壁的下缘与集液板的上缘在同一水平面上，引液管与塔体贯通焊接在一起，回流返回管横向水平放置，并且在横向部分设置下凹式“U”型弯，回流返回管与塔体贯通焊接在一起。
7.根据权利要求1所述的分隔板塔，其特征在于：所述外置降液管共设两路，并以分隔板为对称面纵向放置在塔的两侧。
8.根据权利要求1所述的分隔板塔，其特征在于：测速探头从升气筒纵向中间位置水平插入升气筒内，测速探头位于升气筒内部中心轴线位置处。
9.根据权利要求1所述的分隔板塔，其特征在于，所述第一轴能驱动第一分流板的转动。
10.根据权利要求1或9所述的分隔板塔，其特征在于，所述第一分流板设置为使得所述第一分流板在能够阻挡来自分流板下方的物流进入所述分隔板一侧空间的第一位置和能够阻挡来自分流板下方的物流进入所述分隔板另一侧空间的第二位置之间转动。
11.根据权利要求10所述的分隔板塔，其特征在于，所述分隔板和第一轴均处于所述分隔板塔的同一个轴平面上。
12.根据权利要求1所述的分隔板塔，其特征在于，所述分隔板塔的横截面为圆形，且所述第一分流板为圆冠形。
13.根据权利要求12所述的分隔板塔，其特征在于，所述分隔板两侧空间的横截面积相同，且所述第一分流板的圆冠弦长与所述分隔板塔的内径相同，所述第一分流板的圆冠顶部与弦的距离小于所述分隔板塔的中心至所述分隔板塔内壁的距离。
14.根据权利要求13所述的分隔板塔，其特征在于，所述第一分流板与第一轴固定连接，且所述第一轴能够转动并在第一轴的转动的带动下转动所述第一分流板；所述第一轴和所述分隔板通过挡板连接，所述第一轴、挡板和所述分隔板处于同一平面；且所述第一轴的一端承载于塔体内壁，另一端穿过塔体与转动控制器连接。
15.根据权利要求13所述的分隔板塔，其特征在于，所述第一分流板与第一轴固定连接，且所述第一轴能够转动并在第一轴的转动的带动下转动所述第一分流板，所述第一轴在分隔板底部放置，并与分隔板顶部实现无缝滚动接触，且所述第一轴的一端承载于塔体内壁，另一端穿过塔体与转动控制器连接。
16.根据权利要求1的分隔板塔，其特征在于，在所述分隔板上方设置有沿所述分隔板塔的径向方向的第二轴以及一端固定连接于所述第二轴的第二分流板，所述第二分流板围绕所述第二轴进行枢轴转动，以控制来自所述第二分流板上方的物流在所述分隔板两侧的空间中的分配。
17.根据权利要求16所述的分隔板塔，其特征在于，所述第二轴能驱动第二分流板的转动。
18.根据权利要求16所述的分隔板塔，其特征在于，所述第二分流板设置为使得所述第二分流板在能够阻挡来自所述第二分流板上方的物流进入分隔板一侧空间的第三位置和能够阻挡来自所述第二分流板上方的物流进入分隔板的另一侧空间的第四位置之间转动。
19.根据权利要求16所述的分隔板塔，其特征在于，所述分隔板和第二轴处于所述分隔板塔的同一个轴平面上面。
20.根据权利要求19所述的分隔板塔，其特征在于，所述分隔板塔的横截面为圆形，且第二分流板为圆冠形。
21.根据权利要求20所述的分隔板塔，其特征在于，所述分隔板两侧空间的横截面积相同，且所述第二分流板的圆冠弦长与所述分隔板塔的内径相同，所述第二分流板的圆冠顶部与圆冠弦的距离小于所述分隔板塔的中心至所述分隔板塔内壁的距离。
22.根据权利要求21所述的分隔板塔，其特征在于，所述第二分流板和与第二轴固定连接，且所述第二轴能够转动并在第二轴的转动的带动下转动所述第二分流板，所述第二轴在分隔板顶部放置，并与分隔板顶部实现无缝滚动接触，且所述第二轴的一端承载于塔体内壁，另一端穿过塔体与转动控制器连接。
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