CN109107210B - 精馏设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精馏设备，包括换热器，其具有换热器壳程及换热器管程；精馏塔，其从上到下依次分隔设置第一精馏段、换相室、第二精馏段和加热段；第一精馏段内并列设置多根第一精馏管，多根第一精馏管上端均与换热器管程连通，各第一精馏管下端伸入换相室；第一精馏段内与换热器壳程连通，第一精馏段内与换相室通过设置于精馏塔外的第一管道连通；第二精馏段内并列设置多根第二精馏管，多根第二精馏管上端均伸入换相室，各第二精馏管的下端均伸入加热段内；本发明的精馏设备，无需通过其他换热介质，通过气相物料与液相物料之间的换热，充分利用精馏塔内气相产品热量，使物料在进入加热段后达到产生相变所要耗费的能量减少，起到节能的效果。

Description

精馏设备

技术领域

本发明涉及精馏设备技术领域，尤其指一种精馏设备。

背景技术

已知，在石油和化工、轻工、食品、冶金等行业，经常利用精馏技术对液体混合物进行高纯度分离。精馏技术是根据混合物各组分的沸点不同这一特性，对进塔混合物进行多次的部分冷凝和部分气化进行分离。精馏塔主要由塔身、塔内件、塔顶冷凝器、回流罐、回流泵、塔釜再沸器等组成。塔釜再沸器加热塔釜液，塔底采出重组分；塔顶冷凝器冷凝塔顶气相，冷凝后的液相部分回流并采出轻组分；通过控制精馏塔塔顶回流比以调整产品的纯度。在使用精馏塔对液体混合物进行分离的操作过程中，主要能耗包括塔顶冷凝器消耗的冷量，塔釜再沸器消耗的热量，工业上通常以单位产品消耗冷量和热量权衡经济效益。然而现有的精馏塔在精馏过程中，塔釜需消耗大量热量，同时在塔顶消耗大量冷量，能耗较高。

发明内容

鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种精馏设备，其可以提高精馏分离效率，只需输入少量热能即可实现精馏塔连续稳定运行。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种精馏设备，包括：

换热器，所述换热器具有换热器壳程及换热器管程；和

精馏塔，其从上到下依次分隔设置第一精馏段、换相室、第二精馏段和加热段；

其中，所述第一精馏段内并列设置多根第一精馏管，多根所述第一精馏管的上端均与所述换热器管程连通，各所述第一精馏管的下端伸入所述换相室；所述第一精馏段内与所述换热器壳程连通，所述第一精馏段内与所述换相室通过设置于精馏塔外的第一管道连通；

所述第二精馏段内并列设置多根第二精馏管，多根所述第二精馏管的上端均伸入所述换相室，各所述第二精馏管的下端均伸入所述加热段内。

作为优选，所述换热器包括外壳和并列设置于所述外壳内的多根换热管；所述换热管内形成所述换热器管程，所述换热管外的所述外壳内形成所述换热器壳程。

作为优选，所述第一精馏段的顶部设置与所述第一精馏段相分隔的第一气室，各所述第一精馏管的上端均伸入所述第一气室中；所述换热器的顶部设置与所述换热器壳程相分隔的第二气室，各所述换热管的上端均伸入所述第二气室，所述第一气室与所述第二气室之间通过设置在所述精馏塔外的第二管道连通。

作为优选，所述换热器的底部设置与所述换热器壳程相分隔的液室，各所述换热管的下端均伸入所述液室中。

作为优选，所述加热段内设置再沸器。

作为优选，所述换热器中设置多块折流板，多块所述折流板依次相接并沿所述换热管的长度方向呈折线形排列，各所述换热管依次穿过多块所述折流板。

作为优选，所述第一精馏段中设置多块折流板，多块所述折流板依次相接并沿所述第一精馏管的长度方向呈折线形排列，各所述第一精馏管依次穿过多块所述折流板。

作为优选，所述液室上部的所述换热器的侧壁上设置与所述换热器壳程连通的物料输入端口，所述物料输入端口连接有第三管道，所述第三管道上设置有物料泵，所述液室的底部设置有轻组分排出口，所述轻组份排出口通过第四管道连接产品罐。

作为优选，所述加热段的底部设置重组分排出口。

作为优选，所述精馏塔还包括热箱，所述换热器及精馏塔均设置在所述热箱内，所述物料泵及产品罐均设置在所述热箱外。

与现有技术相比，本发明的精馏设备，通过在所述精馏塔内部设置多根直径较小的精馏管，精馏物料由物料泵从换热器壳程下端进入换热器壳程，然后从换热器壳程上端进入精馏塔，经过第一精馏段、换相室、第二精馏段，最后在加热段进行加热发生相变，热的气相物料走管程、冷的液相物料走壳程，无需通过其他换热介质，而是通过气相物料与液相物料之间的换热，使气相物料进行冷凝液化的同时，对液相物料进行加热，充分利用精馏塔内气相产品热量，使物料在进入加热段后达到产生相变所要耗费的能量减少，从而降低能耗，起到节能的效果。本发明的精馏设备的结构还可以降低精馏塔高、缩小精馏塔径，降低精馏塔投资。

附图说明

图1为本发明的一种实施例的结构示意图；

图2为本发明的一种实施例的换热器的截面图；

图3为本发明的一种实施例的精馏塔的截面图；

图4为图1中A部分的局部放大示意图。

附图标记说明：

1-换热器 11-换热管 12-第二气室 13-液室 14-轻组分排出口 15-物料输入端口 16-产品罐 2-精馏塔 21-第一精馏段 22-第二精馏段23-加热段 24-第一气室 34-第一精馏管 35-第一管道 36-第二管道 37-第三管道 38-第四管道 41-第二精馏管 5-换相室 6-再沸器 62-重组分排出口 7-折流板 8-物料泵 9-热箱。

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，但是本发明还可以采用其他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推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

如图1-图4所示，本发明实施例提供一种精馏设备，包括换热器1和精馏塔2，其中，所述换热器1具有换热器壳程及换热器管程；所述精馏塔2从上到下依次分隔设置第一精馏段21、换相室5、第二精馏段22和加热段23；其中，所述第一精馏段21内并列设置多根第一精馏管34，多根所述第一精馏管34的上端均与所述换热器管程连通，各所述第一精馏管34的下端伸入所述换相室5；所述第一精馏段21内与所述换热器壳程连通，所述第一精馏段21内与所述换相室5通过设置于精馏塔2外的第一管道35连通；所述第二精馏段22内并列设置多根第二精馏管41，多根所述第二精馏管41的上端均伸入所述换相室5，各所述第二精馏管41的下端均伸入所述加热段23内。

本实施例中，首先，冷量物料进入换热器1的换热器壳程，然后输送至第一精馏段21内，然后通过设置在精馏塔2外的第一管道35进入换相室5，再由第二精馏管41的上端进入的第二精馏管41中，最后由第二精馏管41的下端进入加热段23，加热段23中设置加热源，加热源对冷量物料进行加热，物料中的轻组分受热产生相变，变为高温气相物料，高温气相物料向上升，经由第二精馏管41进入换相室5，然后从第一精馏段21的伸入换相室5的第一精馏管34的下端进入第一精馏管34中并继续向上升，然后通过第一精馏管34的上端进入换热器1的换热器管程，并逐渐冷凝液化，最后进入换热器底部的液室13(将在下文介绍)，形成精馏产品。

其中，具体的，在第二精馏段22的第二精馏管41中，向下输送的冷量物料与向上输送的在加热段23中被加热后相变为气相的高温气相物料混合发生热交换，一方面可以对冷量物料进行间接换热，另一方面可以使气相物料在第二精馏管41中不断冷凝液化向下流动，形成精馏塔2内液相内回流，通过强制回收小精馏管内气相热量实现小精馏管内精馏物料多次气化、多次冷凝。

在换相室5中，液相的冷量物料流动至从换相室5底部伸出的第二精馏管41的端口向下流入，高温气相物料则从换相室5顶部伸入的第一精馏管34的端口向上升，从而进入第一精馏管34中。

在第一精馏段21中，第一精馏段21内的各第一精馏管34外形成与所述换热器1的换热器壳程连通的第一精馏段21的壳程，所述冷量物料在该壳程内向下输送，各第一精馏管34内形成第一精馏段21的管程，高温气相物料在第一精馏管34内向上升，在上升的过程中，壳程中的冷量物料与管程中的气相物料进行换热，使上升中的高温气相物料中的部分组分在第一精馏管34的内壁冷凝液化下降并经由换相室5流回第二精馏管41，最终流回加热段23中进行再次加热相变，如此循环，使得物料被多次气化、多次冷凝，可以提升物料的精馏提纯效果，另外，管程中的上升气相物料同时也在对壳程中的冷量物料进行预加热，可以降低加热段23对流入其中的物料进行加热所需的能量，降低能耗。

具体的，在加热段23中，输送来的冷量物料经加热源加热后，轻组分相变为高温气相物料，重组分下沉，在第一精馏段21中的第一精馏管34中冷凝液化的液相物料经过换相室5后从第二精馏段22中的第二精馏管41回流进入加热段23被再次加热，如此循环，对精馏塔2中的物料进行反复加热，多次冷凝，多次气化，可以提高精馏塔2的提纯精度。

具体的，所述换热器1包括外壳和并列设置于所述外壳内的多根换热管11；所述换热管11内形成所述换热器管程，所述换热管11外的所述外壳内形成所述换热器壳程，所述换热器1可以采用立式换热器、卧式换热器。

本实施例中，所述第一精馏段21的顶部设置与所述第一精馏段21相分隔的第一气室24，各所述第一精馏管34的上端均伸入所述第一气室24中；所述换热器1的顶部设置与所述换热器壳程相分隔的第二气室12，各所述换热管11的上端均伸入所述第二气室12，所述第一气室24与所述第二气室12之间通过设置在所述精馏塔2外的第二管道36连通，本实施例中，所述第一气室24为在所述精馏塔2的第一精馏段21上部通过设置管板隔离形成，所述第一气室24是将各所述第一精馏管34的端部汇聚至一起的结构，当然，也可以采用其他结构形成所述第一气室24，同样的，所述第二气室12通过设置在所述换热器1的上部的管板隔离形成。

具体的，所述换热器1的底部设置与所述换热器壳程相分隔的液室13，各所述换热管11的下端均伸入所述液室13中。

优选的，所述加热段23内设置再沸器6作为加热源使用。

优选的，参照图1至图3所示，所述换热器1中设置多块折流板7，多块所述折流板7依次相接并沿所述换热管11的长度方向呈折线形排列，各所述换热管11均穿过所述折流板7。

优选的，参照图1至图3所示，所述第一精馏段21中设置多块折流板7，多块所述折流板7依次相接并沿所述第一精馏管34的长度方向呈折线形排列，各所述第一精馏管34均穿过所述折流板7。

具体的，如图1所示，所述液室13上部的所述换热器1侧壁上设置与所述换热器壳程连通的物料输入端口15，所述物料输入端口15连接有第三管道37，所述第三管道37上设置有物料泵8，所述液室13底部设置有轻组分排出口14，所述轻组份排出口14通过第四管道38连接产品罐16。

具体的，如图1所示，所述加热段23的底部设置重组分排除口62，用于排出物料在精馏提纯后剩余的重组分。

优选的，所述精馏塔2还包括热箱9，所述换热器1及精馏塔2均设置在所述热箱9内，所述物料泵8及产品罐16均设置在所述热箱9外。

本发明的精馏设备，通过在所述精馏塔2内部设置多根直径较小的精馏管，精馏物料由物料泵8送至换热器1，由换热器壳程下端进入，然后从换热器壳程上端进入精馏塔2，经过第一精馏段21、换相室5、第二精馏段22，最后在加热段23进行加热产生相变，热的气相经过多根并列设置的第二精馏管41、第一精馏管34及换热管11，最后精馏冷凝提纯成为纯度较高的产品，部分气相物料在上升过程中冷凝液化，然后下降最后落至加热段23中进行再次加热，如此循环，对物料进行多次加热，多次相变，热的气相物料走管程、冷的液相物料走壳程，无需通过其他换热介质，而是通过气相物料与液相物料之间的换热，在对气相物料进行冷凝液化的同时，气相物料对液相物料进行加热，充分利用精馏塔2内气相产品热量，使物料在进入加热段23后达到产生相变所要耗费的能量减少，从而降低能耗，起到节能的效果。本发明的精馏设备的结构还可以降低精馏塔高、缩小精馏塔径，降低精馏塔投资。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种精馏设备，其特征在于，包括：

换热器，所述换热器具有换热器壳程及换热器管程，所述换热器包括外壳和并列设置于所述外壳内的多根换热管；和

精馏塔，其从上到下依次分隔设置第一精馏段、换相室、第二精馏段和加热段；

其中，所述第一精馏段内并列设置多根第一精馏管，多根所述第一精馏管的上端均与所述换热器管程连通，各所述第一精馏管的下端伸入所述换相室；所述第一精馏段内与所述换热器壳程连通，所述第一精馏段内与所述换相室通过设置于精馏塔外的第一管道连通；

所述第二精馏段内并列设置多根第二精馏管，多根所述第二精馏管的上端均伸入所述换相室，各所述第二精馏管的下端均伸入所述加热段内；

所述第一精馏段的顶部设置与所述第一精馏段相分隔的第一气室，各所述第一精馏管的上端均伸入所述第一气室中；所述换热器的顶部设置与所述换热器壳程相分隔的第二气室，各所述换热管的上端均伸入所述第二气室，所述第一气室与所述第二气室之间通过设置在所述精馏塔外的第二管道连通；

所述换热器的底部设置与所述换热器壳程相分隔的液室，各所述换热管的下端均伸入所述液室中；

所述液室上部的所述换热器的侧壁上设置与所述换热器壳程连通的物料输入端口，所述物料输入端口连接有第三管道，所述第三管道上设置有物料泵，所述液室的底部设置有轻组分排出口，所述轻组分排出口通过第四管道连接产品罐。

2.根据权利要求1所述的精馏设备，其特征在于，所述换热管内形成所述换热器管程，所述换热管外的所述外壳内形成所述换热器壳程。

3.根据权利要求1所述的精馏设备，其特征在于，所述加热段内设置再沸器。

4.根据权利要求2所述的精馏设备，其特征在于，所述换热器中设置多块折流板，多块所述折流板依次相接并沿所述换热管的长度方向呈折线形排列，各所述换热管依次穿过多块所述折流板。

5.根据权利要求2所述的精馏设备，其特征在于，所述第一精馏段中设置多块折流板，多块所述折流板依次相接并沿所述第一精馏管的长度方向呈折线形排列，各所述第一精馏管依次穿过多块所述折流板。

6.根据权利要求1所述的精馏设备，其特征在于，所述加热段的底部设置重组分排出口。

7.根据权利要求6所述的精馏设备，其特征在于，所述精馏塔还包括热箱，所述换热器及精馏塔均设置在所述热箱内，所述物料泵及产品罐均设置在所述热箱外。