CN106914027B - 一种气相分配装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气相分配装置，其特征在于该装置包括压降调节板、液位自动控制系统、升气管道塔板和压降调节管道；所述升气管道塔板安装在公共提馏段与主塔段的交界处，升气管道塔板的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，且升气管道塔板上部通过隔板分成左右对称两部分，且左右两部分上设有数量及分布相同的若干数量的升气开孔，每个升气开孔上都加装有升气管道；所述压降调节板的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，通过隔板也分成左右对称的两部分，压降调节板的左右两部分上设有数量及分布相同的压降开孔，每个压降开孔上连接压降调节管道的上部，所述压降调节管道的下部垂直封闭连接在升气管道塔板上；每个压降调节管道上均设有长孔。

Description

一种气相分配装置

技术领域

本发明涉及化工分离技术领域，具体涉及一种气相分配装置。

背景技术

精馏技术是当代化工生产中最成熟应用最广泛的分离技术之一。化工过程中大约40％～70％的能耗用于分离，而精馏能耗又占其中的95％。近年来，能源价格的持续上涨使得精馏过程节能技术的研究具有重要的意义。其中隔板塔作为节能技术研究的一个热点，正在工业装置上得到迅速应用。隔板塔主要特征就是塔内存在一块或多块儿隔板，将塔内分成若干个独立的气液接触区域或空间，每一个区域针对不同的关键组分完成不同的分离任务。通过隔板将隔板塔分为预分馏段，公共精馏段，公共提馏段等，相当于将预分离塔与精馏塔在一个塔内完成，属于两个塔的完全热耦合精馏。这样可以大大节省能耗，并减少蒸馏塔及其附属设备，减少设备投资的同时也减少了占地面积。一般来说，与传统的两简单塔分离序列相比，隔板塔的能耗及设备投资均可降低30％左右。

隔板塔中隔板两侧的气液相流量分配是隔板精馏的关键技术。隔板两侧的气相流量可以通过隔板两侧的压降来调节。精馏塔的压降包括三方面：1，干板压降，板上无液层只有上升蒸汽时的压降，由塔本身决定；2，液层压力降，即上升气体穿过板上液层时产生的压力降，操作中进料回流是影响因素；3，克服液体表面张力形成的压力降，主要和板上的物料组成有关。目前，普遍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板塔内部构件如填料高度、塔板开孔率和塔内的操作工况决定的，塔底的上升蒸汽将遵循左右两侧压降相等的规律自动地分配到隔板两侧。

隔板塔内部互联气液物流的分配是影响隔板塔工业应用的一项重要原因。研究表明，气体和液体分配比存在一个优化操作区，在该区域内操作对应于最低能耗。如果隔板塔未在其最优气液分配比下运行，则其节能优势就会变弱甚至完全丧失。但是由于进料组成和状态的变化以及液体的分配比等都会成为影响气体分配的重要因素，所以在隔板两侧自动分配的气体流量的比值通常不能达到隔板塔最优的操作状况。

中国专利CN205145640U公开了一种用于分壁精馏塔的气体分配装置。该装置通过测量进气通道内的气体的实际流量，根据流量通过控制器调节装在进气通道上的隔板开孔面积，最终调节气体的流量。该装置没有考虑到液相流量对气体分配的影响，且改变开孔面积的同时也改变了其压降，压降问题也没有考虑到，这样气体沿隔板两侧的阻力也有所不同，也会影响到隔板两侧的气体分配，进而影响隔板塔分离效率。

中国专利CN103691144公开了一种新型隔板塔气体分配装置。该装置通过流量检测装置检测气体流量值并将采集的信号传送给控制器，控制器根据流量偏差信号通过电机带动阀片来调节进气通道内的气体流通面积，进而改变气体通道内的气体流量值。但是此方法受电机调控易出现机械故障且不好控制，并且当液体流量有差异时气体分配自控能力不足。

中国专利CN106310696A公开了一种隔板塔的气体分配装置。该装置让气体只在隔板塔一侧进入，通过在中间的隔板开孔来让气体进入另一侧，隔板的开孔面积由液位高度决定，隔板两侧的塔板的开孔面积不同来使进而气体进入隔板两侧的时压降基本相同。但是此方法需要对中间隔板的开孔做好计算，进行试验时有时还会进行修改，在工业应用中很不方便，并且压降较大。

发明内容

针对现有隔板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板塔最优操作状况的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种气体分配装置，该装置可以自动控制进入隔板塔两侧的气体的量，解决了气体自控进入隔板塔分布不均的问题，且使用维修方便、隔板两侧压降较小，更适于工业应用。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种气相分配装置，其特征在于该装置包括压降调节板、液位自动控制系统、升气管道塔板和压降调节管道；所述升气管道塔板安装在公共提馏段与主塔段的交界处，升气管道塔板的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，且升气管道塔板上部通过隔板分成左右对称两部分，且左右两部分上设有数量及分布相同的若干数量的升气开孔，每个升气开孔上都加装有升气管道；所述压降调节板的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，通过隔板也分成左右对称的两部分，压降调节板的左右两部分上设有数量及分布相同的压降开孔，每个压降开孔上连接压降调节管道的上部，所述压降调节管道的下部垂直封闭连接在升气管道塔板上；每个压降调节管道上均设有长孔，且长孔下部距离升气管道塔板的高度小于升气管道的高度；在压降调节板和升气管道塔板之间、且位于塔板外围设置两个液位自动控制系统，一个液位自动控制系统安装在主塔段，另一个液位自动控制系统安装在预分馏塔段。

一种隔板塔，该隔板塔安装有上述的气相分配装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.当前的隔板塔普遍采用气相在隔板两侧自由分配的方式，这种分配方式主要取决于塔板两侧的压降，而当塔顶、侧线采出量或者液相分配比发生变化而导致隔板两侧压降发生变化时，气体只能自由分配，而本发明装置可以自动控制隔板塔两侧气体量的分配，可以根据液体的变化情况自动调节气体的分配状况，从而最大限度的节能，并使隔板塔长期保持最优操作状况。

3.本发明装置具有比较大操作弹性，既可以通过改变液位高度调整进气口面积，可以较大幅度的改变隔板两侧的流量，且装置简单，可操作性大，对现有隔板塔安装改动方便。

4.在以往隔板塔气相分配方式中，机械式、电动式等装置易发生机械故障而导致操作失灵，并且更新需要拆塔更新，这在工业应用中很不方便。而本发明装置结构简单有效，并且所有的液位自动控制系统都设置在塔外，通过液位自动控制系统可以精确控制液位高低，通过控制液位高低来对隔板两侧的气体流量进行精确分配，并且对上升气体进行了预分布，操控简单，气体分配效果显著。

5.在隔板塔中气相分配涉及到左右压降的匹配，人们往往只注意到气体的分配，但是忽略了在隔板塔中液相分配对气相的影响；在本发明中，将气相分配与液体流量有效的联系起来，通过控制液位高度来控制气相分配的大小，控制精度高。

附图说明

图1为本发明气相分配装置安装在隔板塔中的结构简图；

图2为本发明气相分配装置一种实施例的升气管道塔板4的俯视结构示意图；

图3为本发明气相分配装置一种实施例的压降调节板1的俯视结构示意图；

图4为本发明气相分配装置一种实施例的压降调节管道6的立体结构示意图；

图中，1—压降调节板；2—气体分布器；3—液位自动控制系统；4—升气管道塔板；5—隔板；6—压降调节管道；7—升气管道；8—降液管；41-升气开孔；11-压降开孔；61-长孔。

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。

本发明气相分配装置(简称装置，参见图1-4)包括压降调节板1、液位自动控制系统3、升气管道塔板4和压降调节管道6；所述升气管道塔板4安装在公共提馏段与主塔段的交界处，升气管道塔板4的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，且升气管道塔板4上部通过隔板5分成左右对称两部分，且左右两部分上设有数量及分布相同的若干数量的升气开孔41，每个升气开孔上都加装有升气管道7；所述压降调节板1的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，通过隔板5也分成左右对称的两部分，压降调节板1的左右两部分上设有数量及分布相同的压降开孔11，每个压降开孔11上连接压降调节管道6的上部，所述压降调节管道的下部垂直封闭连接在升气管道塔板4上，压降调节板1两侧安装有降液管及受液盘，即上升气体只能通过升气管道7进入升气管道塔板4，下降液体只能通过降液管进入升气管道塔板；每个压降调节管道6上均设有长孔61，且长孔下部距离升气管道塔板4的高度小于升气管道7的高度；在压降调节板1和升气管道塔板4之间、且位于塔板外围设置两个液位自动控制系统，一个液位自动控制系统安装在主塔段，另一个液位自动控制系统安装在预分馏塔段。

本发明的进一步特征在于所述液位自动控制系统3采用RHFA液位控制仪，利用连通器的原理，隔板两侧各有一个液位计以记录液位高度，靠上的液位测量点应高于液位可能的最大高度，比如高于升气管道的高度，靠下的液位点应尽可能低，略高于升气管道塔板即可。

本发明的进一步特征在于所述压降调节管道6上还设有除雾沫装置。

本发明还保护一种安装有上述的气相分配装置的隔板塔。

本发明气相分配装置的工作原理及过程是：通过液位自动控制系统3对回流到塔内的流量进行控制，进而控制着升气管道塔板4上的液位高度，液位高度决定着压降调节管道6上长孔的开孔面积(压降调节管道详见附图4，管道上的长孔面积在初始设计时即已设定)，通过开孔面积的大小来控制进气量的多少；液位高低由液位自动控制系统3调节，液体通过液位自动控制系统3回流到公共提馏段进行循环，当隔板5左右两侧液体分配发生变化时，调节主塔段和预分馏塔段液位高度差可以使进气量随之发生变化，保持两侧压降一样；在压降调节管道6的长孔处安装有除雾沫装置，防止雾沫夹带的情况出现。此升气管道塔板4和压降调节管道6起到气体分布器的作用，可以使气体分布更加均匀，如图1隔板塔运行后气液接触更加完全。

本发明的隔板塔可以为板式塔也可以为填料塔，如果该隔板塔为板式塔则升气管道塔板4安装在交界处塔板的下方，压降调节板1位于安装降液管8的塔板下部，压降调节板1的下表面两侧都安装有受液盘及降液管8；如果该隔板塔为填料塔则升气管道塔板4安装在填料段的下方，压降调节板1则安装在液体收集器下部，液体收集器连接降液管，降液管穿过压降调节板的两侧，液体收集器将收集到的液体也通过降液管进入升气管道塔板。

本发明的气体分配装置的上升气体自升气管道上升，下降液体通过降液管及受液盘向下流动，上升气体与下降液体有各自独立的通道，避免了汽、液相接触后产生的雾沫夹带等不良影响。

本发明通过对隔板两侧升气管道上的液位高度进行控制，进而控制压降调节管道6上的开孔面积，从而对隔板两侧的气体做到人为控制，同时当公共精馏段上的液体分布器的液体流量发生变化时，气体的量也可以随之发生变化，使得隔板两侧的压降保持一致，可以使隔板塔一直处于高效运行的状态。

本发明的升气管道塔板4只是一块儿普通的塔板，塔板与压降调节管道6连接处不开孔，此时该塔板只是起到固定压降调节管道6的作用。升气管道塔板4的升气管道的高度要尽量高一些，至少要高于升气管道塔板4的液位高度，防止液体从升气管道向下流出，压降调节管道6上的长孔的下部要低于升气管道的高度，以达到调节长孔开孔面积的目的。

实施例1

将本实施例气相分配装置安装在一直径为570mm的冷膜隔板塔中，升气管道塔板4的上的升气开孔有24个，每个均为直径50mm的圆形孔，每个升气开孔上的升气管道由直径为50mm，高度为300mm的圆管构成，升气管道焊接在对应的开孔处；在隔板两侧分别焊接直径为100mm，高度与升气管道塔板4和压降调节板1间距等高的压降调节管道6，压降调节管道6的下部与升气管道塔板4封闭连接，上部与压降调节板1通过压降开孔11连接；压降调节管道的长孔的长为60mm，高为220mm，开孔率在10％左右(长孔的面积为压降调节管道6侧面表面积的10％)，长孔底部距离升气管道塔板4的距离为50mm。

本实施例所要分配的物料为空气和水的混合物，下面是本实施例在空塔气速为1m/s时得到的实验数据(液位高度差＝主塔段液位高度-预分馏塔段液位高度)：

通过以上数据，可以更加直观的看到气体流量在两侧的分配比，空塔气速1m/s时，随着液位差的升高，气相流量通过主塔段的流量越来越少，分配比由0.7减少到0.3，而预分馏塔段的气相流量则从0.3上升到0.7；故而本实施例装置可以对隔板塔两侧气相流量的分配进行精确控制。

本发明气体分配装置通过液位高度控制通过隔板的气体量，使得隔板两侧的气体量比值由0.7:0.3可以转变为0.3:0.7，而在工业生产中，隔板两侧的气体量比值变化不会有这么大，故此装置的操作弹性完全可以满足工业生产的气体分配要求，可以严格的控制隔板两侧的气体量。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种气相分配装置，其特征在于该装置包括压降调节板、液位自动控制系统、升气管道塔板和压降调节管道；所述升气管道塔板安装在公共提馏段与主塔段的交界处，升气管道塔板的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，且升气管道塔板上部通过隔板分成左右对称两部分，且左右两部分上设有数量及分布相同的若干数量的升气开孔，每个升气开孔上都加装有升气管道；所述压降调节板的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，通过隔板也分成左右对称的两部分，压降调节板的左右两部分上设有数量及分布相同的压降开孔，每个压降开孔上连接压降调节管道的上部，所述压降调节管道的下部垂直封闭连接在升气管道塔板上；每个压降调节管道上均设有长孔，且长孔下部距离升气管道塔板的高度小于升气管道的高度；在压降调节板和升气管道塔板之间、且位于塔板外围设置两个液位自动控制系统，一个液位自动控制系统安装在主塔段，另一个液位自动控制系统安装在预分馏塔段。

2.根据权利要求1所述的气相分配装置，其特征在于所述液位自动控制系统利用连通器的原理，隔板塔两侧各有一个液位计，以记录液位高度，有两个液位测量点，靠上的液位测量点高于升气管道的高度，靠下的液位测量点位于升气管道塔板与升气管道之间。

3.根据权利要求1所述的气相分配装置，其特征在于所述压降调节管道上还设有除雾沫装置。

4.一种隔板塔，其特征在于该隔板塔上安装权利要求1-3任一所述的气相分配装置。