CN106823439A - 一种隔壁塔气相分配比调节装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种隔壁塔气相分配比调节装置及控制方法，其特征在于该装置包括上部分、中间部分和下部分，上部分、中间部分和下部分为一体结构，上部分、中间部分和下部分的纵切面分别为矩形、直角梯形和半椭圆形，上、中、下三部分长度相等，且三部分均为空心结构；上部分、中间部分和下部分的高度比为1：3：0.5～2.5；中间部分的高度为所需调节的隔壁塔直径D的一半；直角梯形的锐角底角c为30～80°，在中间部分的沿长度方向的竖直侧面上设有侧面圆孔。该控制方法一方面根据液相分配比调节气相分配比，可以实现气相分配比按照液相分配比的改变实现自动调节；另一方面根据工艺需要实现气相定量比的调节，可以实现气相分配比的灵活调节功能。

Description

一种隔壁塔气相分配比调节装置及控制方法

技术领域

本发明涉及化学工程精馏分离技术领域，具体为一种隔壁塔的气相分配比调节装置及控制方法。

背景技术

在化工生产过程中，分离是非常重要的一个过程单元，工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏，精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同进行分离的操作单元，具有独特的优势。据统计，化工过程中40％～70％的能耗用于分离，而精馏能耗又占据其中的95％，精馏过程的节能研究有着十分重要的意义。隔壁塔作为一种新型精馏塔，对于多组分精馏具有低能耗和低成本的巨大优势。在精馏塔的中部，沿塔的纵向设置一块隔板5，由隔板将精馏塔中部分成预分馏塔段3和主塔段2，上部为公共精馏塔段1，下部为公共提馏段4，公共精馏塔段1、预分馏塔段3、主塔段2和公共提馏段4构成隔壁塔(参见图1)。

在隔壁塔的设计中，液相分配比(即预分馏塔段3下降的液体流量与公共精馏段1下降的液体流量的比值)和气相分配比(即预分馏塔段3上升的气体流量与公共提馏段4上升的气体流量的比值)对隔壁塔处于最佳操作区域，即发挥最佳节能优势具有重要意义。目前，由于隔板两侧气体分配调节存在复杂性，现有研究和工业生产中常采用气体在隔板两侧自由分配的方式，自由分配的比值是由隔壁塔内部构件和塔内的操作条件决定的，即忽略气相分配比的控制。这就造成隔壁塔的节能优势大大削弱，稳态模型、动态模型与实际操作无法较好对应等一系列问题。在目前公开的专利中，US20120103013A介绍了一种控制分壁精馏塔中隔板两侧上升气量的方法，该方法将进入隔板两侧的气体分别引至塔外的旁路管道，通过旁路管道上的阀门进行流量调节，然后使气体再分别返回隔板两侧。该方法中旁路管道带有多处弯头以及阀门，气体的流动阻力大，并且当旁路管道流动阻力过大时，隔板下部的空腔内会出现憋压，导致降液管中液体不能流下，使塔板形成积液。CN103691144A中公开了一种用于隔板塔中的气体调配装置，该装置在隔板底部两侧各设置一套方形阀片调节机构，将流量检测装置测得的流量信号传送给控制器，由控制器控制电机，并带动转轴转动，进而带动方形阀片调节机构，调节进气通道内的气体流量。通过在隔板底部设置两个独立的阀片结构，控制调节阀片开度调节，改变通过某一侧气体的量，导致该装置所占体积大且结构复杂，在调节气体的量的同时，大大增加了装置上下两侧的压降，对传质极其不利。因此，开发一种应用在隔壁塔中可以灵活调配公共提馏段上升气体，并且具有压降小、体积小、结构简单等优点的气相分配比调节装置是非常重要的。

发明内容

针对目前工业生产中隔壁塔气体分配难以控制以及隔板两侧自动分配的气体流量比值常常不能达到隔壁塔最优操作状况的问题，本发明拟解决的技术问题是，提供一种隔壁塔气相分配比调节装置及控制方法。该装置安装在隔壁塔的公共提馏段内，能控制进入隔壁塔两侧气体量，很好地解决隔壁塔的气体调配的问题。该控制方法一方面根据液相分配比调节气相分配比，可以实现气相分配比按照液相分配比的改变实现自动调节，依据的是隔板两侧压降相同的原则，比如当液相分配比降低后，即主塔段从公共精馏段分配获得的液相流量升高，会造成主塔段压降提高，为了保持隔板两侧压降相同，气相分配比会自动降低，实现主塔段从公共提馏段分配获得的气相流量升高；另一方面根据工艺需要实现气相定量比的调节，可以实现气相分配比的灵活调节功能，例如根据工艺需求，可以监测当气相分配比等于0-1的任何一个数值时的隔壁塔的一些塔参数的变化(所述塔参数指的是产品纯度、温度、压强等。温度、压强等参数是通过安装塔附件测得，产品纯度等参数通过对产品进行分析检测得到)，通过调节气相分配比得到数据无论在实验中还是工业中都非常重要。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种隔壁塔气相分配比调节装置，其特征在于该装置包括上部分、中间部分和下部分，上部分、中间部分和下部分为一体结构，上部分、中间部分和下部分的纵切面分别为矩形、直角梯形和半椭圆形，上、中、下三部分长度相等，且三部分均为空心结构；上部分、中间部分和下部分的高度比为1：3：0.5～2.5；中间部分的高度为所需调节的隔壁塔直径D的一半；直角梯形的锐角底角c为30～80°，在中间部分的沿长度方向的竖直侧面上设有侧面圆孔，侧面圆孔处安装不锈钢直管，该侧面圆孔的中心到上部分的下表面的距离H为1/12D，侧面圆孔的直径g为1/12D，所述不锈钢直管另一端通过法兰与外部转移气体管道连接；

下部分为空心半椭圆柱体，空心半椭圆柱体的两个底面封口，空心半椭圆柱体的侧面记为第一曲面，在空心半椭圆柱体内距离第一曲面距离为h处设有第二曲面，该第二曲面沿长度方向的两端与空心半椭圆柱体的两个底面连接在一起，第二曲面沿长度方向的一侧与第一曲面的最低点在同一竖直高度，高度差为h，另一侧与中间部分的沿长度方向的倾斜侧面连接，第一曲面远离第二曲面的沿长度方向的一侧与中间部分的沿长度方向的竖直侧面连接，第一曲面和第二曲面之间形成装置气体出口；

所述上部分的上表面均匀分布有若干数量的装置上表面圆孔，通过该装置上表面圆孔与隔壁塔的隔板下端钢板连接。

一种隔壁塔，该隔壁塔安装有上述的隔壁塔气相分配比调节装置。

一种隔壁塔气相分配比控制方法，该控制方法使用上述的气相分配调节装置，该方法的步骤为：

1)设置测压点，将测压点的压力作为被控变量：

在隔壁塔的预分馏塔段和主塔段的第一块塔板上方和最后一块塔板上方均分别开有压力检测口，压力检测装置(PT001)用于检测预分馏塔段的两个压力检测口的压力，压力控制器(PIC001)得到预分馏塔段的两个压力检测口的压力差△P1，压力检测装置(PT002)用于检测主塔段的两个压力检测口的压力，压力控制器(PIC002)得到主塔段的两个压力检测口的压力差△P2；可编程PLC控制器置于隔壁塔的外部，通过信号线分别与两个压力控制器连接，采集预分馏塔段的两个压力检测口的压力差△P1和主塔段的两个压力检测口的压力差△P2；

2)设置流速测量点：

气相分配比调节装置安装在隔壁塔中后，在装置气体出口一侧形成前负压区，与前负压区相反的一侧形成后负压区，在位于前负压区和后负压区的上部隔壁塔上分别设置有流速检测口；在每个流速检测口处均安装有一个皮托管，相应的皮托管用于测定前负压区和后负压区的流速，前负压区处的流速记为V1，后负压区处的流速记为V2；可编程PLC控制器同时与两个皮托管和与气相分配比调节装置进风口连接的管道上的流量调节阀门连接，采集前负压区和后负压区的流速，并控制流量调节阀门的开度；

3)根据液相分配比调节气相分配比：

当步骤1)中预分馏塔段的两个压力检测口的压力差△P1和主塔段的两个压力检测口的压力差△P2的差值相等时，隔壁塔塔内系统正常运行；当预分馏塔段下降的液体流量与公共精馏段下降的液体流量的比值发生变化时，隔板两侧的压强差也会相应发生变化，两个压力检测装置通过将压力差转变为电信号传输给可编程PLC控制器，可编程PLC控制器实时调节与气相分配比调节装置进风口连接的管道上的流量调节阀的开度，控制抽取出的气体的量来改变预分馏塔段下方气体转移至主塔段下方气体的量或主塔段下方气体转移至预分馏塔段下方气体的量，实现隔板两侧压降相等，从而实现根据液相分配比调节气相分配比的目的；

4)气相定量比的调节：

根据实验需要设定气相分配比Rv，根据公式可以得到需要调节的隔壁塔的气体出口处的气体采出量的值；然后可编程PLC控制器检测当前前负压区和后负压区的流速，根据公式得到当前隔壁塔的气体出口处的气体采出量；可编程PLC控制器再控制与气相分配比调节装置进风口连接的管道上的流量调节阀的开度，使隔壁塔的气体出口的气体采出量达到计算得到的需要调节的隔壁塔的气体出口处的气体采出量的值，从而实现气相定量比的调节；

其中，V为塔底上升蒸汽总量，R_V表示预分馏塔段3上升的气体流量与公共提馏段4上升的气体流量的比值，即气相分配比。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明气相分配比调节装置应用了科恩达效应，装置的某一侧和隔板的某一侧是连通的，改变装置一侧的负压程度间接的可以调节隔板一侧的负压程度，即调节气量主要通过实现科恩达效应后，隔板一侧(预分馏塔段或主塔段)形成负压，造成隔板另一侧(主塔段或预分馏塔段)的气体自动被吸入，从而利用风机实现的气体转移量小，节能效果好。

本发明在隔壁板中安装装置，并没有在装置周边“隔绝”气、液相的接触，不会损失塔板数，此外装置的体积对于整个隔壁塔而言较小，压降小，所以安装该装置，不会造成隔壁塔能耗的额外提高。克服了现有技术中的气相分配比调节装置结构复杂、占用空间大、整体压降升高及增加能耗的问题，同时由于现有装置中没有实现气、液相接触，使得在装置内没有气、液相的传质过程，再加上装置占用空间大，造成隔壁塔“损失”了一部分塔板，也就得不到预期的产品纯度。

本发明气相分配比调节装置体积小，操控简便，易于安装与拆卸，便于更换与调节，能够实现气体气相的定量比调节，解决了隔壁塔隔板两侧气体调配的难题，能应用在板式隔壁塔或者填料隔壁塔中，及需要将进气量按比例调节分配的场合。

本发明控制方法可以根据液相分配比调节气相分配比，实现气相分配比按照液相分配比的改变实现自动调节，依据的是隔板两侧压降相同的原则，比如当液相分配比降低后，即主塔段从公共精馏段分配获得的液相流量升高，会造成主塔段压降提高，为了保持隔板两侧压降相同，气相分配比会自动降低，实现主塔段从公共提馏段分配获得的气相流量升高；同时可以根据工艺需要直接指定的气相分配比进行调节，实现气相分配比的灵活调节，例如根据工艺需求，可以观测当气相分配比等于0-1的任何一个数值时的隔壁塔的一些参数的变化。

附图说明：

图1是隔壁塔的结构简图。

图2是本发明隔壁塔气相分配比调节装置一种实施例的立体结构示意图；

图3是本发明隔壁塔气相分配比调节装置一种实施例的主视结构示意图；

图4是本发明隔壁塔气相分配比调节装置与隔壁塔的隔板连接方式示意图；

图5是本发明装置安装在隔壁塔上的结构示意图。

图中，1.公共精馏段，2.主塔段，3.预分馏塔段，4.公共提馏段，5.隔板，6.风机，7.前负压区，8.后负压区，9.隔壁塔塔板，10.隔壁塔的气体出口，11.气相分配比调节装置进风口，12a～12d.压力检测口，13.气相分配比调节装置(或装置)，14.钢板，15a～15b.流速检测口；

13.1上部分、13.3中间部分、13.2下部分、13.4装置上表面圆孔、13.5不锈钢直管、13.6装置气体出口、I第一曲面、II第二曲面。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步解释本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明隔壁塔气相分配比调节装置(简称装置，参见图2-3)，采用不锈钢材料制成，抗腐蚀能力较强，该装置包括上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2，上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2为一体结构，上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2的纵切面分别为矩形、直角梯形和半椭圆形，上、中、下三部分长度相等，且三部分均为空心结构，整个装置的厚度δ1为1～3mm；上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2的高度比为1：3：0.5～2.5；中间部分13.3的高度为所需调节的隔壁塔直径D的一半；直角梯形的锐角底角c(也称倾斜角度)为30～80°，在中间部分的沿长度方向的竖直侧面上设有侧面圆孔，侧面圆孔处安装不锈钢直管13.5，该侧面圆孔的中心到上部分的下表面的距离H为1/12D，侧面圆孔的直径g为1/12D，所述不锈钢直管13.5另一端通过法兰与外部转移气体管道连接；

下部分13.2为空心半椭圆柱体，空心半椭圆柱体的两个底面封口，空心半椭圆柱体的侧面记为第一曲面I，在空心半椭圆柱体内距离第一曲面距离为h处设有第二曲面II，该第二曲面沿长度方向的两端与空心半椭圆柱体的两个底面连接在一起，第二曲面沿长度方向的一侧与第一曲面的最低点在同一竖直高度，高度差为h，另一侧与中间部分的沿长度方向的倾斜侧面连接，第一曲面远离第二曲面的沿长度方向的一侧与中间部分的沿长度方向的竖直侧面连接，第一曲面和第二曲面之间形成装置气体出口13.6，装置气体出口13.6的采出气体的量与第二曲面到第一曲面之间的距离h(h也称为狭缝宽度)和中间部分的沿长度方向的倾斜侧面的倾斜角度c有关，气体在第一曲面和第二曲面之间流动，具有科恩达效应，即气体会紧贴在第一曲面的内表面流动；

所述上部分的上表面均匀分布有若干数量的装置上表面圆孔13.4，通过该装置上表面圆孔13.4与隔壁塔的隔板下端钢板14连接。

本发明装置的进一步特征在于第二曲面到第一曲面之间的距离h为1～10mm。

本发明装置的进一步特征在于装置的长度e为所需调节的隔壁塔直径D的1/2-2/3，不锈钢直管的长度L为所需调节的隔壁塔直径D的一半，即L＝1/2D；装置上表面圆孔13.4的直径k为所需调节的隔壁塔直径D的1/20，即k＝1/20D。

本发明装置的进一步特征在于装置上表面圆孔13.4的数量为8个，直径为8mm～10mm。根据装置的对称结构，考虑到密封性的问题，装置上表面圆孔数量必须为偶数，装置上表面圆孔个数过少可能会对装置连接的密封性产生影响，应力可能达不到要求，装置上表面圆孔过多在拆卸维修或更换时带来不必要的麻烦。其次，装置上表面圆孔的直径和数量均与装置的质量有关系，但是考虑到装置的最大质量(即安装在最大塔径2000mm的隔板塔中的质量)，8个装置上表面圆孔完全满足要求，因此简化为固定的装置上表面圆孔数量，仅改变装置上表面圆孔的直径，实现有效的连接固定。

本发明还保护安装该隔壁塔气相分配比调节装置的隔壁塔。该装置安装在隔壁塔上时，隔板5的下端连接与气相分配比调节装置13的上表面结构尺寸相匹配的钢板14，气相分配比调节装置13的上表面和钢板14通过螺栓连接固定(参见图4)；气相分配比调节装置13上的不锈钢直管13.5与转移气体管道连接，并在隔壁塔一侧引出气相分配比调节装置进风口11，气相分配比调节装置进风口11通过管道与风机6的出口连接，在与气相分配比调节装置进风口11连接的管道上设置有流量调节阀门；在隔壁塔上，且正对装置的上部分，设置有隔壁塔的气体出口10，隔壁塔的气体出口通过管道与风机6的进口连接；在隔壁塔的预分馏塔段和主塔段的第一块塔板上方和最后一块塔板上方均分别开有压力检测口；气相分配比调节装置安装在隔壁塔中后，在装置下方的左右两侧的隔壁塔上分别设置有流速检测口，在每个流速检测口处均安装有一个皮托管，可编程PLC控制器与四个压力检测口、两个流速检测口和一个流量调节阀门电连接

本发明的进一步特征在于所述的风机6的型号为GF4-72玻璃钢通风机，所述可编程PLC控制器为DVP32EH00R3控制器。

本发明装置的进一步特征在于所需调节的隔壁塔的直径D为600～2000mm。

本发明装置调控气相分配比的工作原理及过程是：本发明装置应用科恩达原理，即流体会顺着狭缝方向运动，造成装置下方一侧的区域形成负压，装置另一侧气体被“吸入”到负压那一侧，装置的某一侧和隔板的某一侧是连通的，改变装置一侧的负压程度间接的可以调节隔板一侧的负压程度，实现气体流量的分配调节，再通过调节进入装置13内的气体的量，就可以调节负压程度，从而调节隔板另一侧气体被“吸入”的程度。

在隔壁塔的隔板下方安装装置13，气体经由风机6从隔壁塔的气体出口10处转移到气相分配比调节装置进风口11处，由风机6加速被吹带到装置气体出口13.6而排出；气流从气相分配比调节装置进风口11进入装置的空腔内，散布并充满空腔，随着气体量的增加，空腔内的压强就会超过空腔外的气压，从装置气体出口出来的气体速度增大，装置13的左下方会因气流过大形成负压，即在装置气体出口13.6一侧形成前负压区7，并带动装置右下方的气体向前运动，在与前负压区相反的一侧形成后负压区8，顺着装置气体出口13.6出来的一股气流，和从装置右下方被“吸入”的一股气流交互叠加，增大了装置左下方处气体的量，最终实现隔板两侧气相分配比的调节。

本发明装置在安装时，气相分配比调节装置进风口11是有方向的，因为当Rv<1/2时Vm<0。根据公式判断，当Rv>1/2时，气相分配比调节装置相当于将气体从预分馏塔段下方的区域转移至主塔段下方的区域；当Rv<1/2时，气相分配比调节装置相当于将气体从主塔段下方的区域转移至预分馏塔段下方的区域。因此当Rv>1/2时，装置如图5的连接方式，即气相分配比调节装置进风口11位于主塔段一侧。因此当Rv<1/2时，需要将装置转换方向，考虑到装置方向的调换隔板下方钢板14为对称结构，装置气体出口13.6一侧为前负压区，气相分配比调节装置进风口11一侧为后负压区。

本发明还保护一种隔壁塔气相分配比控制方法，该控制方法使用上述的气相分配调节装置13，将经过该装置13分配的隔板两侧气体量再进行定量调节，从而实现灵活调配气相分配比的功能；

具体的控制方法为：

1)设置测压点，将测压点的压力作为被控变量：

在隔壁塔的预分馏塔段3和主塔段2的第一块塔板上方和最后一块塔板上方均分别开有压力检测口，预分馏塔段3的压力检测口分别记为12a、12b(参见图5)，主塔段2的压力检测口分别记为12c、12d，压力检测装置PT001用于检测预分馏塔段3的两个压力检测口(12a和12b)的压力，压力控制器PIC001得到预分馏塔段3的两个压力检测口的压力差△P1，压力检测装置PT002用于检测主塔段2的两个压力检测口(12c和12d)的压力，压力控制器PIC002得到主塔段2的两个压力检测口的压力差△P2；可编程PLC控制器置于隔壁塔的外部，通过信号线分别与两个压力控制器(PIC001和PIC002)连接，通过分析△P1和△P2的差值△P来控制气体的分配；

2)设置流速测量点：

气相分配比调节装置13安装在隔壁塔中后，在装置气体出口13.6一侧形成前负压区7，与前负压区相反的一侧形成后负压区8，在位于前负压区和后负压区的上部隔壁塔上分别设置有流速检测口(15a和15b)；在每个流速检测口处均安装有一个皮托管，相应的皮托管用于测定前负压区7和后负压区8的流速，前负压区7处的流速记为V1，后负压区8处的流速记为V2；可编程PLC控制器同时与两个皮托管和与气相分配比调节装置进风口11连接的管道上的流量调节阀门连接；

3)根据液相分配比调节气相分配比：

当步骤1)中预分馏塔段3的两个压力检测口的压力差△P1和主塔段2的两个压力检测口的压力差△P2的差值相等时，即△P＝0时，说明塔两侧压降相等，此时隔壁塔塔内系统正常运行；液相分配比发生变化时，即预分馏塔段3下降的液体流量与公共精馏段1下降的液体流量的比值发生变化时，隔板两侧的压强差也会相应发生变化，两个压力检测装置通过将压力差转变为电信号传输给可编程PLC控制器，可编程PLC控制器实时调节与气相分配比调节装置进风口11连接的管道上的流量调节阀的开度，控制抽取出的气体的量来改变预分馏塔段(或主塔段)下方气体转移至主塔段(预分馏塔段)下方气体的量，实现隔板两侧压降相等，从而实现根据液相分配比调节气相分配比的目的；

4)气相定量比的调节：

根据实验需要设定气相分配比Rv，根据公式可以得到需要调节的隔壁塔的气体出口10处的气体采出量的值，然后可编程PLC控制器检测当前前负压区7和后负压区8的流速，根据公式得到当前隔壁塔的气体出口10处的气体采出量；可编程PLC控制器再控制与气相分配比调节装置进风口11连接的管道上的流量调节阀的开度，使隔壁塔的气体出口10的气体采出量达到计算得到的需要调节的隔壁塔的气体出口10处的气体采出量的值，从而实现气相定量比的调节；

其中，V为塔底上升蒸汽总量；R_V表示预分馏塔段3上升的气体流量与公共提馏段4上升的气体流量的比值，即气相分配比。

实施例1

本实施例隔壁塔气相分配比调节装置，采用不锈钢材料制成，抗腐蚀能力较强，该装置包括上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2，上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2为一体结构，上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2的纵切面分别为矩形、直角梯形和半椭圆形，上、中、下三部分长度相等，且三部分均为空心结构，整个装置的厚度δ1为2mm；上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2的高度比为1：3：0.5～2.5；中间部分13.3的高度为所需调节的隔壁塔直径D的一半；直角梯形的锐角底角c(也称倾斜角度)为72°，在中间部分的沿长度方向的竖直侧面上设有侧面圆孔，侧面圆孔处安装不锈钢直管13.5，该侧面圆孔的中心到上部分的下表面的距离H为1/12D，侧面圆孔的直径g为1/12D，所述不锈钢直管13.5另一端通过法兰与外部转移气体管道连接；

下部分13.2为空心半椭圆柱体，空心半椭圆柱体的两个底面封口，空心半椭圆柱体的侧面记为第一曲面I，在空心半椭圆柱体内距离第一曲面距离为h处设有第二曲面II，该第二曲面沿长度方向的两端与空心半椭圆柱体的两个底面连接在一起，第二曲面沿长度方向的一侧与第一曲面的最低点在同一竖直高度，高度差为h，另一侧与中间部分的沿长度方向的倾斜侧面连接，第一曲面远离第二曲面的沿长度方向的一侧与中间部分的沿长度方向的竖直侧面连接，第一曲面和第二曲面之间形成装置气体出口13.6。

本实施例中所需调节的隔壁塔的直径D为600mm，采用不锈钢材质，上部分13.1的宽度a为100mm，高度b为100mm，长度为400mm；中间部分的侧面圆孔的中心到上部分的下表面的距离H＝50mm，侧面圆孔的直径g为50mm，第二曲面到第一曲面之间的距离h(h也称为狭缝宽度)为1mm，不锈钢直管的长度为L＝300mm，厚度为δ₂＝1mm；与不锈钢直管连接的法兰的直径为100mm。空心半椭圆柱体的两个底面均为半椭圆形，第一曲面Ⅰ与底面相交处为长轴长与短轴长的比为2.5的半椭圆曲线。

在直径D为600mm的隔壁塔上安装本实施例的装置13，该装置安装在隔壁塔上时，隔板5的下端连接与气相分配比调节装置13的上表面结构尺寸相匹配的钢板14，气相分配比调节装置13的上表面和钢板14通过螺栓连接固定；气相分配比调节装置13上的不锈钢直管13.5与转移气体管道连接，并在隔壁塔的主塔段一侧引出气相分配比调节装置进风口11，气相分配比调节装置进风口11通过管道与风机6的出口连接，在与气相分配比调节装置进风口11连接的管道上设置有流量调节阀门；在隔壁塔上，且正对装置的上部分，设置有隔壁塔的气体出口10，隔壁塔的气体出口通过管道与风机6的进口连接。图1和图5中F表示隔壁塔进料，D1表示隔壁塔塔顶气相冷凝液采出，W1表示隔壁塔塔底液相采出，S表示隔壁塔主塔段侧线采出。首先来自塔底再沸器的气体经过公共提馏段4后在隔壁塔的两侧进行自由分配，该分配比值由隔壁塔内部构件和塔内的操作条件决定。装置13对自由分配的气体进行再分配调节与控制，气相分配比调节装置进风口11位于主塔段一侧。

具体是：抽取前负压区7的气量经由风机6从隔壁塔气体出口10处转移到装置进风口11处，由风机6加速被吹带到装置气体出口13.6，即狭缝处排出，气流从装置进风口11进入装置的空腔内，散布并充满腔体，积聚到一定程度就会超过空腔外的气压，随气压的增大，从装置的狭缝出来的气体速度增大，装置13的左下方会因气流过大形成负压，即在装置气体出口13.6一侧形成前负压区7，并带动装置右下方的气体向前运动，在与前负压区相反的一侧形成后负压区8，顺着装置气体出口13.6出来的一股气流，和从装置右下方被“吸入”的一股气流交互叠加，增大了装置左下方处气体的量，即气体从隔板一侧转移到另一侧的气量(气量的大小可通过对相应侧的气体流速的检测得到)，增大了装置左下方处气体的量，最终实现隔板两侧气相分配比的调节。

实施例2

本实施例装置各部分的连接及位置关系同实施例1，不同之处在于，本实施例所需调节的隔壁塔的直径D为1200mm，采用不锈钢材质，上部分13.1的宽度a为200mm，高度b为200mm，长度为800mm；中间部分的侧面圆孔的中心到上部分的下表面的距离H＝100mm，侧面圆孔的直径g为100mm，第二曲面到第一曲面之间的距离h(h也称为狭缝宽度)为1mm，不锈钢直管的长度为L＝600mm，厚度为δ₂＝1.5mm；与不锈钢直管连接的法兰的直径为200mm。直角梯形的锐角底角c为60°。

实施例3

本实施例装置各部分的连接及位置关系同实施例1，不同之处在于，本实施例所需调节的隔壁塔的直径D为1800mm，采用不锈钢材质，上部分13.1的宽度a为300mm，高度b为300mm，长度为1200mm；中间部分的侧面圆孔的中心到上部分的下表面的距离H＝150mm，侧面圆孔的直径g为150mm，第二曲面到第一曲面之间的距离h(h也称为狭缝宽度)为4mm，不锈钢直管的长度为L＝900mm，厚度为δ₂＝1.8mm；与不锈钢直管连接的法兰的直径为300mm。直角梯形的锐角底角c为45°。空心半椭圆柱体的两个底面均为半椭圆形，第一曲面Ⅰ与底面相交处为长轴长与短轴长的比为1.25的半椭圆曲线。整个装置厚度δ₁＝2mm。

风机6为GF4-72玻璃钢通风机，可编程PLC控制器为DVP32EH00R3的控制器。

上述实施例中，所涉及的零部件及其安装连接方法均是本技术领域所熟知的。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (9)

1.一种隔壁塔气相分配比调节装置，其特征在于该装置包括上部分、中间部分和下部分，上部分、中间部分和下部分为一体结构，上部分、中间部分和下部分的纵切面分别为矩形、直角梯形和半椭圆形，上、中、下三部分长度相等，且三部分均为空心结构；上部分、中间部分和下部分的高度比为1：3：0.5～2.5；中间部分的高度为所需调节的隔壁塔直径D的一半；直角梯形的锐角底角c为30～80°，在中间部分的沿长度方向的竖直侧面上设有侧面圆孔，侧面圆孔处安装不锈钢直管，该侧面圆孔的中心到上部分的下表面的距离H为1/12D，侧面圆孔的直径g为1/12D，所述不锈钢直管另一端通过法兰与外部转移气体管道连接；

下部分为空心半椭圆柱体，空心半椭圆柱体的两个底面封口，空心半椭圆柱体的侧面记为第一曲面，在空心半椭圆柱体内距离第一曲面距离为h处设有第二曲面，该第二曲面沿长度方向的两端与空心半椭圆柱体的两个底面连接在一起，第二曲面沿长度方向的一侧与第一曲面的最低点在同一竖直高度，高度差为h，另一侧与中间部分的沿长度方向的倾斜侧面连接，第一曲面远离第二曲面的沿长度方向的一侧与中间部分的沿长度方向的竖直侧面连接，第一曲面和第二曲面之间形成装置气体出口；

所述上部分的上表面均匀分布有若干数量的装置上表面圆孔，通过该装置上表面圆孔与隔壁塔的隔板下端钢板连接。

2.根据权利要求1所述的隔壁塔气相分配比调节装置，其特征在于第二曲面到第一曲面之间的距离h为1～10mm。

3.根据权利要求1所述的隔壁塔气相分配比调节装置，其特征在于该装置的长度e为所需调节的隔壁塔直径D的1/2-2/3，不锈钢直管的长度L为所需调节的隔壁塔直径D的一半；装置上表面圆孔的直径k为所需调节的隔壁塔直径D的1/20。

4.根据权利要求1所述的隔壁塔气相分配比调节装置，其特征在于所述装置上表面圆孔的数量为8个。

5.根据权利要求1所述的隔壁塔气相分配比调节装置，其特征在于所需调节的隔壁塔的直径D为600～2000mm。

6.一种隔壁塔，其特征在于该隔壁塔安装有权利要求1-5任一所述的隔壁塔气相分配比调节装置。

7.根据权利要求1所述的隔壁塔，其特征在于该装置安装在隔壁塔上时，隔板的下端连接与气相分配比调节装置的上表面结构尺寸相匹配的钢板，气相分配比调节装置的上表面和钢板通过螺栓连接固定；气相分配比调节装置上的不锈钢直管与转移气体管道连接，并在隔壁塔一侧引出气相分配比调节装置进风口，气相分配比调节装置进风口通过管道与风机的出口连接，在与气相分配比调节装置进风口连接的管道上设置有流量调节阀门；在隔壁塔上，且正对装置的上部分，设置有隔壁塔的气体出口，隔壁塔的气体出口通过管道与风机的进口连接；在隔壁塔的预分馏塔段和主塔段的第一块塔板上方和最后一块塔板上方均分别开有压力检测口；气相分配比调节装置安装在隔壁塔中后，在装置下方的左右两侧的隔壁塔上分别设置有流速检测口，在每个流速检测口处均安装有一个皮托管，可编程PLC控制器与四个压力检测口、两个流速检测口和一个流量调节阀门电连接。

8.根据权利要求7所述的隔壁塔，其特征在于所述的风机的型号为GF4-72玻璃钢通风机，所述可编程PLC控制器为DVP32EH00R3控制器。

9.一种隔壁塔气相分配比控制方法，该控制方法使用权利要求1-5任一所述的气相分配调节装置，该方法的步骤为：

1)设置测压点，将测压点的压力作为被控变量：

在隔壁塔的预分馏塔段和主塔段的第一块塔板上方和最后一块塔板上方均分别开有压力检测口，压力检测装置(PT001)用于检测预分馏塔段的两个压力检测口的压力，压力控制器(PIC001)得到预分馏塔段的两个压力检测口的压力差△P1，压力检测装置(PT002)用于检测主塔段的两个压力检测口的压力，压力控制器(PIC002)得到主塔段的两个压力检测口的压力差△P2；可编程PLC控制器置于隔壁塔的外部，通过信号线分别与两个压力控制器连接，采集预分馏塔段的两个压力检测口的压力差△P1和主塔段的两个压力检测口的压力差△P2；

2)设置流速测量点：

气相分配比调节装置安装在隔壁塔中后，在装置气体出口一侧形成前负压区，与前负压区相反的一侧形成后负压区，在位于前负压区和后负压区的上部隔壁塔上分别设置有流速检测口；在每个流速检测口处均安装有一个皮托管，相应的皮托管用于测定前负压区和后负压区的流速，前负压区处的流速记为V1，后负压区处的流速记为V2；可编程PLC控制器同时与两个皮托管和与气相分配比调节装置进风口连接的管道上的流量调节阀门连接，采集前负压区和后负压区的流速，并控制流量调节阀门的开度；

3)根据液相分配比调节气相分配比：

当步骤1)中预分馏塔段的两个压力检测口的压力差△P1和主塔段的两个压力检测口的压力差△P2的差值相等时，隔壁塔塔内系统正常运行；当预分馏塔段下降的液体流量与公共精馏段下降的液体流量的比值发生变化时，隔板两侧的压强差也会相应发生变化，两个压力检测装置通过将压力差转变为电信号传输给可编程PLC控制器，可编程PLC控制器实时调节与气相分配比调节装置进风口连接的管道上的流量调节阀的开度，控制抽取出的气体的量来改变预分馏塔段下方气体转移至主塔段下方气体的量或主塔段下方气体转移至预分馏塔段下方气体的量，实现隔板两侧压降相等，从而实现根据液相分配比调节气相分配比的目的；

4)气相定量比的调节：

根据实验需要设定气相分配比Rv，根据公式可以得到需要调节的隔壁塔的气体出口处的气体采出量的值；然后可编程PLC控制器检测当前前负压区和后负压区的流速，根据公式得到当前隔壁塔的气体出口处的气体采出量；可编程PLC控制器再控制与气相分配比调节装置进风口连接的管道上的流量调节阀的开度，使隔壁塔的气体出口的气体采出量达到计算得到的需要调节的隔壁塔的气体出口处的气体采出量的值，从而实现气相定量比的调节；

其中，V为塔底上升蒸汽总量，R_V表示预分馏塔段上升的气体流量与公共提馏段上升的气体流量的比值。