CN110022955B - 阶式盘、包含所述阶式盘的精馏塔、操作所述精馏塔的方法及其用途 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阶式盘，其适合用于精馏塔中并且包括位于堰型级联边缘中的开口，涉及包含至少一个根据本发明的阶式盘的精馏塔，涉及用于操作这种精馏塔的方法，以及涉及要求保护的精馏塔在分馏特定物质混合物中的用途。

Description

阶式盘、包含所述阶式盘的精馏塔、操作所述精馏塔的方法及 其用途

技术领域

本发明涉及一种适用于精馏塔中并在级联堰中具有开口的阶式盘，包含至少一个根据本发明的阶式盘的精馏塔，一种操作这种精馏塔的方法，以及根据本发明的精馏塔用于特定的材料混合物的分馏器的用途。

背景技术

在工业规模上，用于将材料混合物分离成其成分的蒸馏通常在精馏塔中进行。精馏塔的主要部件是塔体；其它部件尤其是用于汽化待被分离的材料混合物的汽化器和用于液化蒸汽的冷凝器。塔体包含用于增加分离能力的各种内部构件，（强化发送蒸汽[在图中用2表示]和向下滴落的液体[在附图中用1表示]之间的热交换和质量传递），例如，筛板塔盘、泡罩塔盘或浮阀塔板（托盘塔）、各种类型的填料元件（包含随机填料元件的塔）或规整填料（带有序填料的塔）。另外的内部构件是液体收集器和液体分配器，通过该液体分配器确保向下流动的液体（1）在塔体的整个横截面区域上的均匀分布。塔体通常具有圆柱形状。

在托盘塔中，区分具有和不具有所述液体的强制流动的那些托盘塔。具有所述液体的强制流动的托盘也称为“横流托盘”。本发明涉及这种横流托盘。具有横流托盘（横流托盘在下文中将简称为托盘，并且相应的塔将简称为托盘塔）的精馏塔具有至少一个托盘，液体（1）从流入侧流过该托盘流到流出侧，并且所述至少一个托盘具有开口，上升的蒸汽（2）可以通过该开口与塔体内的流动液体（1）接触。这种开口优选是孔，具有或不具有可移动的部件的阀或泡罩。

US 4,439,350描述了一种蒸馏塔，其同时用作化学反应器，即除了材料分离之外还发生化学反应。因此，这里的过程是反应蒸馏。描述了在流入侧和流出侧具有堰的横流托盘（参见图2中的17和12以及图5中的47和42）。在这些托盘上设置穿孔或多孔中空体（图2中的“容器”16和图5中的46），在中空体中存在适合于期望反应的催化剂。以这样的方式操作塔，使得这些催化剂填充的中空体基本上被液体覆盖，使得其中存在的催化剂可以发挥其作用。如本领域技术人员所理解的，这种催化剂填充的中空体当然不是堰。该专利通过一致的术语区分来考虑到这一点。在一个实施方案中（图5），催化剂填充的中空体基本上垂直于液体的流动方向布置。为了确保液体的充分流动，在这种情况下，托盘在流动方向上具有倾斜度（如图5所示）或者使用具有多个平面的级联式布置（参见第5栏，第64行至第6栏，第7行）。该文件没有公开在后一种情况下在级联的梯级中到底有没有使用堰并且如果使用了那么如何配置它们。

在托盘具有大直径并因此具有液体（1）的长流动距离的情况下，可能发生流入侧和流出侧之间的液体液位的较大差异。这种差异是由液体（1）的流动距离和液体液位中的梯度产生的，所述梯度是在托盘上进行运输所必需的。流入侧和流出侧之间的托盘上的液体液位的过高差异导致上升蒸汽流（2）优先通过出口附近的托盘，这是因为那里的液体柱（1）的高度较小。因此，在相同的驱动压力差下，更多的蒸汽（2）通过托盘流出侧附近的开口而不是托盘的流入侧附近的开口。另一方面，入口区域中通过的蒸汽的相应减少导致该区域中的“下雨”。这两种效果都导致托盘的效率降低，因此精馏塔的分离能力降低。为了防止所述效果，具有相对大的内直径（例如内直径为2.0米或更大，特别是2.5米或更大）的托盘塔通常设置有阶式盘，其中液体（1）的流动距离减少，使得在液体液位中的梯度相同时液体液位的差异更小。

阶式盘与传统托盘的不同之处在于阶式盘被分成多个单独的部分，至少两个部分，并且在从一个部分到下一个部分的过渡处存在垂直错开，使得阶式盘的最靠近液体出口的部分低于上一部分。在以这种方式形成的“梯级”之上，设置堰（级联堰）。另一个堰位于流出位置（流出堰）。图1示出了现有技术的这种阶式盘（100S），具有一个梯级的最简单的情况。标记为1的箭头表示液体的流动方向。级联堰由600S表示，形成梯级的错开由700S指示，流出堰由500S表示。由于这种构造，引入的液体（1）首先在级联堰（600S）处聚集在阶式盘的前半部分（流入侧，110S）上，流过级联堰，然后到达阶式盘的第二半部分（流出侧，120S），然后才在流出堰（500S）处聚集起来，以便最终溢流到流出竖井（图1中未示出）。

由于级联堰在圆形塔截面（如通常使用的）的情况下由于几何原因总是比流出堰长，但是同样数量的液体流过这两个堰，所以堰负载（每单位时间和堰长度上的体积流量）在级联堰处比在流出堰处小。由于较小的堰负载也导致较小的溢流高度，所以流入侧（110S）上的液体液位在级联堰和流出堰的相同堰高处将低于流出侧（120S）上的液体液位。这将导致阶式盘的两个半部的不均匀负载，从而降低了塔的分离能力。为了防止这种情况，通常采用两种变体：

•级联堰被制成比流出堰略高，使得在名义塔负载下，两个堰的堰高和溢流高度之和相同。

•级联堰被配置为“尖桩篱笆”。这种堰在上边缘处具有矩形切口，液体可以流过该切口。切口起始处的高度以及由切口形成的“尖峰”所具有的高度确保了液体（1）仅能够流过切口。切口也可以具有不同的形状，特别是可以是三角形，从而形成“锯齿”而不是“尖峰”，如同锯的锯片的情况。切口区域中的级联堰的高度（对应于如下定义的高度HX）对应于流出堰的高度，并且切口的总长度对应于流出堰的长度。

然而，最近的研究表明，甚至在采用了这些措施时，阶式盘（600S）在特定操作状态下也往往在阶式盘的两个半部上有极度不同的液体液位，尤其是那些具有比较低的气体负载和小的液体流量的操作状态，即低吞吐量的那些操作状态，这导致上述“下雨”问题非但没有得到解决，而且在某些情况下甚至更糟。当液体在阶式盘的第一半部（流入侧，110S）上聚集的程度没有达到使其流过级联堰所必需的程度时，就会发生这种情况。在这种情况下，液体此时完全通过阶式盘的流入侧（110S）区域中的开口形成“雨”。由于没有液体流过级联堰，阶式盘的第二侧（流出侧，120S）没有接收到任何流入的液体流（1），因此在第二侧上也不会形成液体液位。因此，上升蒸汽（2）可以更容易地通过阶式盘的第二、干燥半部（120S），然后通过具有一定液体液位的阶式盘的第一半部（110S）。这种情况的结果是，基本上全部蒸汽（2）通过阶式盘的第二、干燥半部（120S）中的开口（800S）穿过阶式盘，因此不与液体 （1）接触。这最终导致质量传递的严重降低，从而导致阶式盘的效率非常低，这反过来又恶化了精馏塔的分离能力。该问题在Chemical Engineering Research and Design，99（2015），43-48（作者：J. Bausa和B. Pennemann）中讨论。在那里，得出的结论是，只有在真正需要时才能使用阶式盘，因为阶式盘在某些情况下可能产生的问题比它所解决的问题更多。

然而，由于阶式盘也具有无可争议的优点，因此在该工程领域中需要进一步改进。尤其是，期望具有阶式盘，其中在特定操作状态下级联堰的两侧上的液体液位总是相同或者液体液位差至少明显小于现有技术中的。结果，在特定操作状态下的上述的极端下雨的问题将不会发生，或者至少仅在显著减小的程度上发生。这将有助于精馏塔能够在更多数量的操作状态（尤其是还以小吞吐量）下可靠地运行，而不会损害分离能力。结果，精馏塔的可用性将增加，这反过来导致各种经济优点（减少停机时间，待被分离的混合物的小吞吐量的可能性，在需求波动的情况下的部分负载操作）和生态优点（降低能耗）。

令人惊讶地发现，当使用在级联堰（600）中具有开口（900）的阶式盘（100）时，可以满足这种需要（参见图2）。

发明内容

因此，本发明尤其提供了一种阶式盘（100）（优选地具有圆形的，特别是真圆形的基部区域），其适于使在塔体（200）中向下流动的液体（1）与上升的蒸汽（2）接触， 其中阶式盘（100）

•具有一个流出堰（500）用于聚集向下流动的液体（1），以及

• 具有至少一个另外的堰，即级联堰（600），其布置在流出堰的上游，特别是相对于阶式盘（100）的基部区域居中布置，其中所述至少一个阶式盘（100）在所述至少一个级联堰（600）的位置处具有错开（700）（特别是具有梯级），使得阶式盘（100）中的包含流出堰（500）的部分（120）的高度比阶式盘（100）的上游部分（110）更低，并且

• 在阶式盘（100）的两个部分（110）和（120）中（即在阶式盘（100）中的包含流出堰（500）的部分（120）中和在阶式盘（100）的上游部分（110）中）具有开口（800）以用于上升蒸汽（2）的通过，开口（800）任选地可关闭，

其中，级联堰（600）具有用于液体（1）通过的开口（900），特别是具有1至20个，优选1至6个开口（900），其中开口（900）优选为圆形、正方形或矩形孔，并且开口的总面积优选为级联堰（600）在没有开口（900）的情况下具有的总面积的0.5％至3.0％，特别优选0.8％至1.5％。

本发明进一步提供一种精馏塔，其包含至少一个如上所述的阶式盘（100），特别是，用于分馏材料的混合物的精馏塔，其中精馏塔具有至少一个阶式盘（100）以用于使塔体（200）中向下流动的液体（1）与上升蒸汽（2）接触，其中所述至少一个阶式盘（100）

•在一个位置，即阶式盘（100）的流入位置（310），流体动力学地连接到第一容器（410），以用于液体（1）在塔体（200）中向下流动到另一个位置，即流出位置（320），与流入位置（310）相对，流到第二容器（420）以用于容纳从所述至少一个阶式盘（100）经由流出堰（500）流出的液体（1），

•具有至少一个另外的堰，级联堰（600），其布置在流入位置（310）和流出位置（320）之间，特别是居中布置，其中所述至少一个阶式盘（100）具有在所述至少一个级联堰（600）的位置处的至少一个错开（700）（特别是具有梯级），使得包含流出堰（500）的并且在所述至少一个阶式盘（100）中位于流出位置（320）的方向上的部分（100）低于所述至少一个阶式盘（100）的上游部分（110），

•在阶式盘（100）的两个部分（110）和（120）中（即在阶式盘（100）中的包含流出堰（500）的部分（120）中和在阶式盘（100）的上游部分（110）中）具有开口（800）以用于上升蒸汽（2）的通过，特别是孔、阀、没有可移动部件的阀和/或泡罩，开口（800）任选地可关闭，

其中级联堰（600）具有开口（900），以用于使液体（1）从第一容器（410）经由所述至少一个阶式盘（100）流入第二容器（420），特别是具有1至20个，优选为1至6个开口（900），其中开口（900）优选为圆形、正方形或矩形孔，并且开口的总面积优选为级联堰（600）没有开口（900）的情况下具有的总面积的0.5％至3.0％，特别优选为0.8％ 至少为1.5％。

附图说明

图1示出了现有技术的阶式盘。

图2示出了在级联堰（600）中具有开口（900）的阶式盘（100）。

图3显示了根据本发明的精馏塔的一部分。

图4a示出了在平面图（顶部）中具有矩形形状的堰X的示例。

图4b示出了具有矩形形状并且在平面图（顶部）中具有“扭结”的堰X的示例。

图4c示出了具有矩形形状并且在平面图（顶部）中弯曲的堰X的示例。

图5中示意性地示出另一实施例。

图6中示意性地示出第一变型。

图7中示意性地示出第二变型。

图8中示意性地示出又一实施例。

具体实施方式

图3显示了根据本发明的精馏塔的一部分。

本发明进一步提供了操作根据本发明的精馏塔的方法，以及根据本发明的精馏塔用于分馏特定材料混合物的用途。

根据本发明的“阶式盘（100）”优选地具有圆形的，特别是真圆形的基部区域，如在图1、2、4和5中可以容易地看到的，因为它们要适合安装在精馏塔中，并且后者通常具有圆柱形状。

液体（1）在阶式盘（100）上流动，如所有图中所示，流动方向由方框箭头指示。

阶式盘（100）被至少一个“错开（700）”（特别是一个梯级）分成至少两个“部分”，即包含流出堰（500）的部分（120）和上游部分（110），所述部分在蒸汽（2）的流动方向上观察时具有不同的高度（即，一个低于另一个），因此也可以称为平面。如果存在多于一个的错开（700），则相应地存在多于两个部分（平面）。在这种情况下，所有部分（平面）都具有“开口 （800）以使上升蒸汽（2）通过，开口（800）任选地可关闭”。本发明的阶式盘（100）优选地恰好包括一个错开（700），即，特别是恰好一个梯级，并且因此恰好包括两个部分（平面），即包含流出堰（500）的部分（120）和上游部分（110）。

出于本发明的目的，术语“堰”的使用与本领域技术人员的理解非常一致，即指一种设备，借助该设备聚集液体流，即具体是流过的阶式盘（100）的液体（1）。这同时适用于级联堰（600）和流出堰（500）。液体流过相应的堰，并且在级联堰（600）的情况下，也流过级联堰开口（900），并且在流出堰（500）的情况下，任选地还通过流出堰开口（ 910），流出堰开口存在于特定实施例中并且在下面更详细地描述。出于本发明的目的，“堰”是优选由金属或塑料，特别是金属制成的设备。出于本发明的目的，“堰”不是催化剂填充的中空体。出于本发明的目的，“堰”是实心设备，当然除了级联堰开口（900）和任选的流出堰开口（910）之外，即它们也不是多孔的。

根据本发明使用的“堰”（级联堰和流出堰）基本上垂直地，特别是垂直地定位在阶式盘（100）上，并且具有基本上矩形的基部形状。这意味着平行于阶式盘（100）的基部区域观察时，堰具有（i）矩形形状或（ii）在其上边缘处具有切口，这些切口导致形成“尖峰”或“锯齿” （见上面的解释）。

（i）的示例示意性地显示在图4中，用于具有圆形基部区域的阶式盘（100），其中出于简化附图的原因未示出错开（700）。同样，出于简化附图的原因，只有一个堰，其可以是级联堰（600）[其中开口（900）为了简化而未被绘制）或流出堰（500），并且在下文中将 用“X”表示。 这个堰“X”是为了简化居中地绘制；这不应被解释为必要的限制。

图4a示出了在平面图（顶部）中具有矩形形状的堰X的示例，并且平行于阶式盘（100）的基部区域观察到同一堰X（底部）。在靠下的描述中，可以容易地看到矩形形状。在这个最简单的实施例中，从上方看，堰X是具有真圆形基部区域的阶式盘（100）的割线。

图4b示出了具有矩形形状并且在平面图（顶部）中具有“扭结”的堰X的示例，以及与阶式盘（100）的基部区域平行地观察到的同一堰X（底部）。

图4c示出了具有矩形形状并且在平面图（顶部）中弯曲的堰X的示例，以及平行于阶式盘（100）的基部区域观察到的同一堰X（底部）。

在这些情况下，堰X的高度H_X就是从阶式盘到堰X的上边缘测量的高度，如图中所示，在下面将对高度H_X更多地说明。

可以想到图4a至4c中所示的实施例都适用于级联堰（600）和流出堰（500）。优选根据图4a的实施例。

实施例（ii）在图5中示意性地示出。切口（X10）导致形成“尖峰”（X20）。切口不仅可以是如图5所示的矩形。同样可以是不同的形状，特别是三角形，其导致形成“锯齿”。 在每种情况下，测量高度H_X时不将“尖峰”（X20）或“锯齿”计算在内，即，测量的是直到切口开始处的高度，如图中所示。在实施例（ii）中，堰X也可以具有扭结，如图4b所示，或者可以是弯曲的，如图4c所示。然而，这里优选的实施例还是，从上方观察时，堰X是具有圆形（特别是真圆形）基部区域的阶式盘（100）的割线。

表述“布置在流出堰的上游”和类似的表达是基于堰X上的液体（1）的流动方向。这由图4和图5中的方框箭头表示。

首先将在下面给出本发明的各种可能实施例的概述：

在本发明的精馏塔的第一实施例中，其可以与所有其他实施例组合，用于上升蒸气（2）通过的开口（800）选自由孔、阀、没有活动部件阀和泡罩组成的组。

在本发明的精馏塔的第二实施例中，其可以与所有其他实施例组合，塔体（200）具有圆柱形状并且特别地具有2.0m至6.0m的内直径，优选2.5m至4.0m。

在本发明的精馏塔的第三实施例中，其可以与所有其他实施例组合，开口（900）的下边缘位于级联堰（600）的高度H₆₀₀的下三分之一中。（对于H₆₀₀的定义，参见下面和图4、5、7和8中的解释）。

在本发明的精馏塔的第四实施例中，其可以与所有上述实施例组合，流出堰（500）具有开口（910）。

在作为第四实施例的特定变型的本发明的精馏塔的第五实施例中，选择错开（700）的高度H₇₀₀，使得该高度H₇₀₀在精馏塔的整个工作范围上在连续操作中高于分别存在于阶式盘（100）的包含流出堰（500）的部分（120）中的液体液位（=液面；为了本发明的目的，术语液体液位或液面始终是从（相应的平面的）相应部分测量的液体表面的高度）。

在本发明的精馏塔的第六实施例中，其是第四实施例的替代物并且可以与除第四实施例之外的所有其他实施例组合，流出堰（500）不具有开口。

在本发明的精馏塔的第七实施例中，其是第六实施例的特定变型，流出堰（500）的高度，H₅₀₀，错开（700）的高度，H₇₀₀，和在阶式盘（100）上方的开口（900）上边缘的高度，H₉₀₀，彼此匹配使得级联堰（600）中的开口（900）在精馏塔的整个工作范围上，在连续操作期间被存在于包含流出堰（500）的阶式盘（100）的部分（120）中的液体（1）完全覆盖。

在本发明的精馏塔的第八实施例中，其是第六和第七实施例的特定变型，级联堰（600）具有比流出堰（500，H₅₀₀）更大的高度H₆₀₀，选择高度差H₆₀₀-H₅₀₀，使得特别是在精馏塔的整个工作范围上，在阶式盘（100）的包含流出堰（500）的部分（120）上和在阶式盘（100）的上游部分（110）上建立基本相同、优选相同的液体液位。进一步说明请参考下面的详细描述。

在本发明的精馏塔的第九实施例中，其是第六和第七实施例的特定实施例并且是第八实施例的替代，级联堰（600）在直至高度H₆₀₀的范围上除了开口（900）以外没有任何切口，其中

级联堰在高度H₆₀₀以上在其长度L₆₀₀上以规则的间隔设有具有长度L₆₁₀的优选的矩形切口（610），

高度H₆₀₀等于流出堰（500）的高度H₅₀₀，

长度L₆₁₀的总和小于长度L₅₀₀使得，特别是在精馏塔的整个工作范围上，在阶式盘（100）的包含流出堰（500）的部分（120）上和在阶式盘的上游部分（110）上建立了基本相同、优选相同的液体液位。

为了进一步说明，可以参考下面的详细描述。

在用于操作本发明的精馏塔的本发明的方法的第一实施例中，其特别适用于本发明的精馏塔的第四和第五实施例，在连续操作中，精馏塔的材料混合物负载被选择为使得级联堰（600）中的开口（900）不被存在于阶式盘（100）的包含流出堰（500）的部分（120）上的液体（1）覆盖。

在用于操作本发明的精馏塔的本发明的方法的第二实施例中，其特别适用于本发明的精馏塔的第六至第九实施例，在连续操作中，精馏塔的材料混合物负载被选择为使得级联堰（600）中的开口（900）总是被存在于阶式盘（100）的包含流出堰（500）的部分（120）上的液体（1）覆盖。

在本发明的精馏塔用于分离特定材料混合物的根据本发明的用途的第一实施例中，其可以与本发明的精馏塔的所有实施例组合，待被分离的混合物是选自由以下组成的组

含水的和/或含溶剂的有机产物混合物，特别是来自化学过程的原油加工产品，其任选地仅经历相分离以分离出反应水，特别是用于制备二苯基甲烷系列的甲苯二胺、甲苯二异氰酸酯、苯胺、二胺和多胺，二苯基甲烷系列的二异氰酸酯和多异氰酸酯，或苯酚的化学过程；

含有低沸物和/或高沸物的有机产物混合物，特别是来自化学过程的预先纯化的过程产品，其已经除去水和任选地存在的任何溶剂，特别是用于制备二苯基甲烷系列的甲苯二胺、甲苯二异氰酸酯、苯胺、二胺和多胺，二苯基甲烷系列的二异氰酸酯和多异氰酸酯，或苯酚的化学过程（关于术语低沸物和高沸物的定义，见下面的解释）；

和

油混合物，特别是原油、液化气、汽油、煤油、柴油、加热用油、植物油。

以下更详细地描述以上简要指出的实施例和本发明的其他可能的实施例。各种实施例可以以任何方式彼此组合，除非不同的东西在技术背景下对本领域技术人员来说模糊不清。

不言而喻，包括根据本发明的阶式盘（100）的本发明的精馏塔可以并且如果需要的话配备有现有技术中常用的所有外围设备，尤其是汽化器和冷凝器。除了所述至少一个阶式盘（100）和其操作所必需的设备之外，根据本发明的精馏塔还可以包含现有技术中常用的其他内部构件，尤其是其他的非阶式盘、随机的填料元件和/或规整填料以及还有液体收集器和分配器。所有这些设备及其用途对于本领域技术人员来说是公知的，因此下面不再特别提及和解释。

根据本发明的阶式盘（100）中的开口（800）优选地选自由孔、阀、没有可移动部件的阀和泡罩组成的组。本发明的阶式盘（100）优选地具有圆形（特别是真圆形）基部区域，因为根据本发明的精馏塔优选地具有塔体（200），该塔体具有圆柱形状，并且特别地具有的内直径为2.0m至6.0m，优选2.5m至4.0m。

为了使液体（1）即使在低液体液位时也能够通过级联堰（600），开口（900）优选地位于级联堰（600）的底部处，即开口（900）的下边缘优选地位于堰高度H₆₀₀的下三分之一内，有效堰高度（有效堰高度是导致液体溢出堰的液体的最小高度；在“尖桩篱笆”设计的情况下，这是不含“尖峰”或不含“锯齿”的高度，如下所述）。开口（900）优选为真圆形，正方形或矩形孔，开口的总面积优选为级联堰（600）在没有开口（900）的情况下的总面积的0.5％至3.0％，特别优选0.8％至1.5％。级联堰优选具有1至20个，特别是1至6个开口（900）。

结果，在阶式盘（600）的流入侧（110）上不再可能出现液体（1）的堆积并完全如雨般落下。

在本发明的第一变型中，两个堰，即级联堰（600）和流出堰（500）都设有开口（900、910）。该变体如图6所示， 在图6中，仅为了简化附图的原因，阶式盘（100）被描述为具有矩形形状；在该实施例中，如图2、4和5所示的圆形，特别是真圆形的基部区域也是优选的。在两个堰中安装开口有助于维持在阶式盘（100）的两个部分（110,120）上的基本相同的液体液位（即，基于最高液体液位，偏差不超过5％）。关于开口（910）的类型、数量和尺寸的优选配置，上面对开口（900）所述的内容也适用。

在该变型中，错开（700）优选地具有高度H₇₀₀，其在精馏塔的整个工作范围上在连续操作期间高于阶式盘（100）的部分（120）中存在的液体液位。为了本发明的目的，“在精馏塔的整个工作范围内”的表述涉及通过精馏塔的材料混合物的可能吞吐量直至最大负载的的整个宽度。精馏塔的材料混合物最大负载是仍然实现了令人满意的分离时的混合物的最大可能吞吐量（例如以kg / h计），同时考虑了精馏塔的边界条件（对分离有效的内部构件的高度、内直径、类型和数量）。此外，还存在仍然实现令人满意的分离时的吞吐量的下限，即最小负载。

由于这种措施，级联堰（600）中的开口（900）没有被阶式盘的第二半部（120）上的液体覆盖，并且液体（1）可以通过两个堰中的开口自由地向下流动。通过级联堰（600）中的开口的液体（1）被减少的风险（并因此最终使阶式盘的两个半部（110,120）上的液体液位不同的风险）由此被最小化。在装置保持不变的条件下，在精馏塔的连续操作中精馏塔的材料混合物负载优选被选择为使得级联堰（600）中的开口（900）不被存在于阶式盘（100）的部分（120）上的液体（1）覆盖。

该第一变型是确保在精馏塔的操作期间相同量的液体通过相应的开口（900、910）通过级联堰（600）和流出堰（500）的一种可能方式。因此，从两个堰上溢出的剩余液体量是相同的。如果堰被适当地配置（级联堰的堰高更大或使用如上所述的具有切口的级联堰），则因此在阶式盘的两个半部（110,120）上建立相同的液体液位。

在本发明的第二变型中，只有级联堰具有开口（900）。作为该措施的结果，也辅助维持在在阶式盘（100）的两个部分（110、120）上的基本相同的液体液位（即，基于最高液体液位，偏差最多5％）。该实施例如图7所示。在图7中，仅为了简化附图的原因，将阶式盘（100）描绘成矩形形状；在该变型中，如图2、4和5所示的圆形，尤其是真圆形的基部区域也是优选的。在该变型中，流出堰（500）的高度，H₅₀₀、错开（700）的高度，H₇₀₀、开口（900）的上边缘的（从阶式盘的部分110测量）的在阶式盘（100）上方的高度，H₉₀₀优选地彼此匹配，使得级联堰（600）中的开口（900）在精馏塔 的整个工作范围上在精馏塔的连续操作期间被存在于阶式盘（100）的部分（120）中的液体（1）覆盖。实际上，这最简单地可以通过在错开H₇₀₀的给定值的情况下适当地匹配流出堰高度H₅₀₀和开口的上边缘高度H₉₀₀来实现。在精馏塔的连续操作期间覆盖开口（900）导致当阶式盘的两个半部（110、120）都完全填满液体时通过开口（900）的液体流动减少，从而液体（1）的主要部分再次在级联堰（600）上溢出。为了通过使剩下的液体流过开口（900）来减少溢流量并因此减少溢流高度，可以稍微提高级联堰（第一实施例）或者减少级联堰（600）的有效溢流长度使得流过开口（900）的液体刚好相等（第二实施例）。

在该第二变型的第一实施例中，级联堰（600）具有比流出堰（500，H₅₀₀）更大的高度H₆₀₀，选择高度差H₆₀₀-H₅₀₀，使得尤其在精馏塔的整个工作范围上，在阶式盘（100）的两个部分（110、120）上建立基本相同，优选相同的液体液位，即使在级联堰（600）上溢出的液体量已经由于通过级联堰（600）中的开口（900）的流动而被减少。这里，“基本相同的液体液位”意味着阶式盘（100）的各个部分（110、120）（或平面，参见上述说明）中的液体液位相差不超过基于最高液体液位的5％。如果阶式盘具有多于两个的部分（多于两个的平面），则基于最高液体液位，两个液体液位之间的最大差异不超过5％。特征“液体液位”涉及从相应部分（从相应平面）测量的液体表面的高度。

在第二变型的替代的第二实施例中，级联堰（600）在直至高度H₆₀₀的范围内除了开口（900）之外没有切口，其中

级联堰在高度H₆₀₀之上在其长度L₆₀₀上以规则的间隔设置有特别是矩形的切口（610），切口（610）具有长度L₆₁₀，

高度H₆₀₀等于流出堰（500）的高度H₅₀₀，

长度L₆₁₀的总和小于长度L₅₀₀使得，特别是在精馏塔的整个工作范围上，在阶式盘的两个部分（110，120）上建立基本相同，优选相同的液体液位，即使通过级联堰（600）中的开口（900）的流动减少了在级联堰（600）上溢出的液体量。

如上所述，“基本相同的液体液位”意味着阶式盘（100）的各个部分（110、120）（或平面，参见上面的说明）中的液体液位的彼此不同不超过基于最高液体液位的5%。如果阶式盘具有多于两个的部分（多于两个的平面），则基于最高液体液位，两个液体液位之间的最大差异不超过5％。 特征“液体液位”指的是从相应部分（从相应平面）测量的液体表面的高度。

该实施例在图8中示出。在图8中，仅为了简化附图的原因，示出了具有矩形形状的阶式盘（100）；在该实施例中，如图2、4和5所示的圆形，特别是真圆形的基部区域也是优选的。切口（610）导致形成“尖峰”（620）；具有三角形“锯齿”的实施例同样是可能的。如上所述，如图8所示的在存在切口的情况下的堰高度，对于本发明的目的，总是不包含尖峰（或锯齿）的高度。出于本发明的目的，长度L₆₁₀是切口的最大位置处的长度；即，在三角形切口的情况下，L₆₁₀是三角形的上侧的长度。

在第二变型的所有实施例中，精馏塔优选以这样的方式操作，使得在连续操作中其材料混合物负载被选择成使得级联堰（600）中的开口（900）总是被存在于阶式盘（100）的部分（120）上的液体（1）完全覆盖。

该第二变型是确保在精馏塔的操作期间尽管有液体流过级联堰（600）中的开口（900），但在两个部分（110,120）上仍然建立相同液体液位的另一种可能方式。

本发明的精馏塔适用于在减压、常压和增压下进行蒸馏。它可用于许多分离任务。作为合适的材料混合物，例如可以是：

含水的和/或含溶剂的有机产物混合物，特别是来自化学过程的原油加工产品，其任选地仅经历相分离以分离出反应水，特别是用于制备二苯基甲烷系列的甲苯二胺、甲苯二异氰酸酯、苯胺、二胺和多胺，二苯基甲烷系列的二异氰酸酯和多异氰酸酯，或苯酚的化学过程——除去反应水和任选地除去溶剂以得到预纯化的有机产物混合物；

含有低沸物和/或高沸物的有机产物混合物，特别是来自化学过程的预纯化的工艺产品，其已经不含水和任何存在的溶剂，特别是用于制备二苯基甲烷系列的甲苯二胺、甲苯二异氰酸酯、苯胺、二胺和多胺，二苯基甲烷系列的二异氰酸酯和多异氰酸酯，或苯酚的化学过程——去除高沸物和低沸物以用于有机产品的精细净化；

异构有机化合物的混合物，特别是（E）/（Z）异构体、芳族化合物的异构体，例如甲苯二胺的异构体混合物、甲苯二异氰酸酯的异构体混合物、二苯基甲烷系列的二胺的异构体混合物或二苯基甲烷系列的二异氰酸酯的异构体混合物——异构体分离；

油混合物，特别是原油、液化气、汽油、煤油、柴油、加热用油、植物油——天然原料的精炼。

这里，术语低沸物是指沸点低于待被分离的有价值产物的沸点的次要组分。以类似的方式，沸点高于待分离的有价值产物的沸点的次要组分称为高沸物。

Claims (15)

1.一种阶式盘（100），其适于使塔体（200）中向下流动的液体（1）与上升蒸汽（2）接触，其中所述阶式盘（100）

•具有流出堰（500）以用于聚集向下流动的液体（1）；以及

•具有至少一个另外的堰，即级联堰（600），其布置在所述流出堰的上游，其中所述至少一个阶式盘（100）在所述至少一个级联堰（600）的位置处具有错开（700），使得所述阶式盘（100）的包含所述流出堰（500）的部分（120）处于比所述阶式盘（100）的上游部分（110）低的水平，以及

·在所述阶式盘（100）的包含所述流出堰（500）的所述部分（120）中并且在所述阶式盘（100）的所述上游部分（110）中具有开口（800）以用于通过所述上升蒸汽（2），所述开口（800）任选地可关闭 ，

其特征在于，所述级联堰（600）具有用于通过所述液体（1）的开口（900）。

2.用于分馏材料混合物的精馏塔，其包括至少一个如权利要求1所述的阶式盘（100）。

3.如权利要求2所述的用于分馏材料混合物的精馏塔，其中所述至少一个阶式盘（100）

在所述阶式盘（100）的一个位置处，即流入位置（310），被流体动力学地连接到第一容器（410）以使液体（1）在所述塔体（200）中向下流动，并在与所述流入位置（310）相对的另一位置处，即流出位置（320），被流体动力学地连接到第二容器（420）以容纳从所述至少一个阶式盘（100）经由所述流出堰（500）流出的液体（1），并且其中所述至少一个级联堰（600）布置在所述流入位置（310）和所述流出位置（320）之间。

4.如权利要求2或3所述的精馏塔，其中用于通过所述上升蒸汽（2）的所述开口（800）选自由孔、阀、没有可移动部件的阀和泡罩组成的组。

5.如权利要求2或3所述的精馏塔，其中所述塔体（200）具有圆柱形状。

6.如权利要求2或3所述的精馏塔，其中所述级联堰（600）的所述开口（900）的下边缘位于所述级联堰（600）的高度H₆₀₀的底部三分之一内。

7.如权利要求2或3所述的精馏塔，其中所述流出堰（500）具有开口（910）。

8.如权利要求7所述的精馏塔，其中，选择所述错开（700）的高度H₇₀₀，使得该高度H₇₀₀在所述精馏塔的整个工作范围上在连续操作中高于相应地存在于所述阶式盘（100）的包含所述流出堰（500）的所述部分（120）中的液体液位。

9.如权利要求2或3所述的精馏塔，其中所述流出堰（500）不具有开口。

10.如权利要求9所述的精馏塔，其中所述流出堰（500）的高度，H₅₀₀、所述错开（700）的高度，H₇₀₀和所述级联堰（600）的所述开口（900）的上边缘在所述阶式盘（100）上方的高度，H₉₀₀彼此匹配，使得所述级联堰（600）中的所述开口（900）在所述精馏塔的整个工作范围上在连续操作期间由存在于所述阶式盘（100）的包含所述流出堰（500）的所述部分（120）中的液体（1）完全覆盖。

11.如权利要求9所述的精馏塔，其中，所述级联堰（600）具有比所述流出堰（500）更大的高度H₆₀₀，所述流出堰具有高度H₅₀₀，并且选择高度差H₆₀₀-H₅₀₀以使得在所述阶式盘（100）的包含所述流出堰（500）的所述部分（120）上和所述阶式盘（100）的所述上游部分（110）上建立的液体液位彼此之间相差不超过5％，基于最高液体液位。

12.如权利要求9所述的精馏塔，其中所述级联堰（600）在直至高度H₆₀₀的范围内除了所述级联堰（600）的所述开口（900）之外没有任何切口，其中

所述级联堰在所述高度H₆₀₀上方在其长度L₆₀₀上以规则间隔设置有切口（610），所述切口（610）具有长度L₆₁₀，其中所述长度L₆₁₀是所述切口在最大位置处的长度，

所述高度H₆₀₀等于所述流出堰（500）的高度H₅₀₀，

所述长度L₆₁₀的总和小于所述流出堰（500）的长度L₅₀₀，从而在所述阶式盘（100）的包含所述流出堰（500） 的所述部分（120）上和所述阶式盘的所述上游部分（110）上建立的液体液位彼此之间相差不大于5％，基于最高液体液位。

13.一种操作如权利要求7或8所述的精馏塔的方法，其中所述精馏塔的材料混合物负载在连续操作中被选择成使得所述级联堰（600）中的所述开口（900）不被存在于所述阶式盘（100）的包含所述流出堰（500）的所述部分（120）上的所述液体（1）覆盖。

14.一种操作如权利要求9至12中任一项所述的精馏塔的方法，其中所述精馏塔的材料混合物负载在连续操作中被选择成使得所述级联堰（600）中的所述开口（900）总是被存在于所述阶式盘（100）的包含所述流出堰（500）的所述部分（120）上的所述液体（1）覆盖。

15.如权利要求2或3所述的精馏塔用于分馏材料混合物的用途，所述材料混合物选自由以下组成的组：

含水的和/或含溶剂的有机产物混合物；

含低沸物和/或高沸物的有机产物混合物；

和

油混合物。

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