CN113117362B - 液相分配控制装置及含有其的隔板精馏塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液相分配控制装置。所述装置设置于隔板精馏塔段内隔板上方；液相分配控制装置自上而下依次包括液相回流分配盘、液相调节盘及液相再分配盘；液相调节盘包括塔盘、支撑梁、转向板、转向器、连杆、端板、限位板、升气管和液相分配器；塔盘沿直径方向设置转向板，转向板与隔板呈上下结构，呈一定夹角；转向板中心设置转向器，转向器与连杆连接；连杆可绕自身旋转，连杆旋转时通过转向器带动转向板正向或反向倾斜一定角度。本发明的液相控制分配装置可以调节隔板两侧液相流量，实现灵活调整气液比，并可灵活控制产品纯度。

Description

液相分配控制装置及含有其的隔板精馏塔

技术领域

本发明属于化学工程精馏分离技术领域，具体涉及一种液相分配控制装置及含有其的隔板精馏塔。

背景技术

精馏技术应用广泛，是实现混合物分离的主要单元操作，但精馏过程能耗较大，精馏过程能耗约占整个石油化工生产过程总能耗的20%以上，是炼厂耗能大户。

一般来说，采用传统精馏塔进行物料的分离时，获得N 个产品需要N-1 个精馏塔，分离所需的设备投资及能耗较大。采用精馏过程的强化技术如分壁精馏、热耦精馏和多效精馏等可以在一定程度上降低能耗。

分壁精馏塔是完全热耦合精馏塔的一种特殊形式，将两个塔合并为一个塔，为典型的新型节能精馏设备。分壁塔是在传统精馏塔中间设置一径向垂直隔板，将塔内空间分割为4 部分：隔板左侧（进料区）、隔板右侧（中间产品区）、隔板上侧（公共精馏段）和隔板下侧（公共提馏段），分隔板的使用使得单塔实现了两塔的功能及三元混合物的分离，同时获得三个产品，比常规塔节能20%～50%，且由于减少塔器和再沸器，节省设备投资30%以上。

因此，分壁塔应用在多组分分离时具有明显的优势。但是，分壁塔在减少投资的同时必不可少的增加了塔器控制的难度，关键在于隔板两侧的液相和气相分配问题，影响了其广泛应用。

US2011139604A1 公开了一种分壁塔，该塔内隔板采用了非对称形式，以进料和塔中出料为非对称点对隔板进行调整，使得进料侧进料口下端空间增加，同时使出料端下侧空间减小，达到平衡塔内气液相负荷的目的。该分壁塔仅仅解决了分隔板两侧不同区间内气液相不均匀的问题，未涉及到液气的分配控制问题。

US4230533 公开了一种分壁塔气液分流控制方法，液体回流以液位差为动力，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，但是液体回流分配与气体分配之间没有相互关联。该方法中液体的流动只是以液位差推动力，由于是旁路方式必然会导致气阻的发生，因此在实际运行过程中很容易产生液体流通不畅的情况，不利于装置的平稳运行。

US7267747中的分壁塔是通过检测塔顶回流液体的温度和塔底上升气体的温度来调整塔顶分隔板两侧液体回流量实现对精馏过程的控制。

US5755933 公开了一种分壁塔，该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器分别回流，来实现对回流液体和上升气体的分配。

USPA6551465中的分壁塔是通过检测塔顶产品及侧线抽出产品的温度来实现对分壁塔的控制。

CN201110192770.7公开了一种分壁塔，该塔针对塔内液相分配和气相分配问题提出一种新的控制方案，旨在解决分壁塔的气液分配控制问题，实现塔的灵活操作。但是隔板两侧气体流量监测采用压力计量方式，这一方式可以用于塔内压力监测，但作为塔操作参数则不够准确，这是由于塔内气相物质的可压缩性导致，压力表无法区分是由于气体流量增加导致压力上升还是由于塔内液泛导致压力上升。因此，采用压力对气相分配比进行控制存在控制参数不准确的问题，易造成塔操作波动。

目前，分壁塔液相分配方式通常将精馏段液体收集至塔外，然后再用机泵分别输送回分隔板两侧，存在管道复杂、设备台套数多、热量损失等问题。同时，现有的分壁塔中，分馏产品的清晰度无法调节，特别是当馏分清晰度要求发生变化的时候，无法实现再沸能耗的进一步降低。

发明内容

针对目前分壁塔中清晰度无法调节以及隔板两侧的气液比常常无法达到最低能耗的问题，本发明提供一种液相分配控制装置及含有其的隔板精馏塔，可实现产品馏分清晰度要求发生变化时的调节，降低能耗。该液相分配控制装置安装在分壁塔的公共精馏段内，通过液相调节盘调节分隔板两侧的液相的再分配流量，实现分隔板两侧的气液比调整，以满足产品清晰度的要求。

本发明的一种液相分配控制装置，其设置于隔板精馏塔中公共精馏段下部、分壁段隔板上方；所述液相分配控制装置自上而下依次包括液相回流分配盘、液相调节盘及液相再分配盘；

所述液相调节盘为圆形塔盘结构，其包括塔盘、支撑梁、转向板、转向器、连杆、端板、限位板、升气管和液相分配器；所述塔盘上设有若干升气管和若干液相分配器；

所述塔盘沿直径方向设置转向板，转向板与隔板呈上下结构，且呈一定夹角，优选垂直；转向板中心设置转向器，转向器与连杆连接；连杆可绕自身旋转一定角度，连杆旋转时可带动转向板正向或反向倾斜一定角度，倾斜角度为-15°-15°。

进一步，所述液相分配控制装置还包括调节盘控制器，所述调节盘控制器设在塔体外部，与连杆相连接。调节盘控制器可控制连杆旋转一定角度，驱动装置可以采用电动阀、气动阀门或电机。

进一步，所述塔盘底部径向设置支撑梁，支撑梁与塔盘底部为可活动支撑，所述液相调节盘的塔盘可以支撑梁为轴实现倾斜。支撑梁优选为“T”形结构，“T”形支撑梁包括水平段和竖直段。“T”形支撑梁的水平段与塔盘底部为可活动支撑，塔盘可以支撑梁水平段为轴实现倾斜。支撑梁竖直段底部固定在隔板上。所述支撑梁的水平段与隔板精馏塔中的隔板平行，且支撑梁水平段与隔板的水平投影重合。

进一步，所述塔体内壁在转向板两端对应的位置设置有限位器，用于限制塔盘在一定角度内倾斜。

进一步，所述装置还包括产品自动控制系统，可以通过预设产品分馏精度，设定液相分配调节盘控制器的驱动装置，调节连杆旋转一定角度，连杆通过转向器带动转向板，以支撑梁为轴实现塔盘倾斜一定角度，实现隔板两侧的液相调节。倾斜角度可以为-15°-15°。

进一步，转向板与塔盘的固定连接可以采用焊接、螺栓连接、螺丝连接、卡扣连接等各种适宜的方式。转向板设置在分壁段隔板上方，转向板的长度方向与分壁隔板的长度方向相同。

进一步，液相调节盘的边缘设置向上的端板，以保证塔盘上液层有一定厚度。

进一步，所述的液相调节盘，在塔盘未倾斜时，维持隔板两侧的液相量相同，隔板两侧的液气比一致；当塔盘向隔板进料侧（向下）倾斜时，因塔盘倾斜，液相偏流，进料侧液相量增加，液气比适当增大，出料侧液相量减少，液气比适当降低，进而实现产品分馏精度的调整。

进一步，所述的液相回流分配盘和液相再分配盘可以采用本领域的常规塔盘结构。如可以采用烟囱式分配器、槽式分布器等结构。

进一步，所述的液相调节盘中，若干液相分配器与若干升气管在塔盘上间隔布置。液相分配器、升气管与塔盘的固定连接可以采用焊接、螺栓连接、螺丝连接、卡扣连接等各种适宜的方式。其中，升气管上端高于液相分配器上端。升气管上端到液相分配器上端的垂直距离约为升气管总长度的1/5～3/4，优选为1/3～1/2。升气管与液相分配器之间的水平距离（间距）约为升气管高度的1/5～3/4，优选为1/3～1/2。

进一步，所述的液相分配器包括雨帽和降液管。所述雨帽由盖板和筒裙构成。雨帽的筒裙上沿固定在盖板底面上。雨帽的筒裙雨帽的筒裙高度为30～300 mm，优选150mm～200mm。雨帽的筒裙，其下沿开设若干条缝。条缝可以为三角形、正方形、长方形或半圆形，优选为三角形。条缝高度为筒裙高度的1/5～3/4，优选为1/3～1/2。筒裙下沿开设条缝的总面积为筒裙截面积的1/10～1/2，优选为1/5～1/3。所述降液管为两端敞口结构，雨帽的盖板截面积为降液管截面积的1～5倍，优选1.5～3倍。雨帽置于降液管顶部；降液管上沿与雨帽盖板间存在空间高度，构成物料流动通道，其空间高度为10mm～200mm，优选30mm～80mm。其中升气管由升气管节及螺旋板构成。进一步，升气管节为两端敞口结构，升气管内设置螺旋板，螺旋板中心留有物料流动通道。该物料流动通道的截面积为升气管截面积的1/4-1/2，优选为1/3-1/2。

所述的液相调节盘塔盘中，若干液相分配器及升气管通常按照一定规则布置，如可以在塔盘上呈三角形、四边形、菱形布置。

根据本发明的第二方面，本发明还提供了一种隔板精馏塔，其中应用了前面所述的液相分配控制装置，隔板精馏塔的隔板位于塔身内部中段，且竖直设置并沿塔身轴线延伸，隔板将塔内空间分隔为位于隔板上方的公共精馏段、位于隔板左侧的进料段、位于隔板右侧的出料段以及位于隔板下方的公共提馏段；隔板为多层中空设置。中空部分可填充惰性气体或绝热材料。

进一步，所述液相分配控制装置位于公共精馏段的下部、隔板上方。

本发明的隔板精馏塔，利用前面所述的液相分配控制装置，可以调节进入隔板两侧的液相的再分配流量，改变隔板两侧的气液比，从而干预气液传质强度，实现产品清晰度的调整。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、液相分配控制装置自上而下依次包括液相回流分配盘、液相调节盘及液相再分配盘。液相回流分配盘实现液相回流的均匀分配；液相分配控制采用控制液相调节盘倾斜角度的分配调节方式，通过电脑控制系统将信号传递给液相分配控制装置，可以实现隔板精馏塔塔内液体在隔板两侧的灵活分配和控制问题，实现隔板两侧的液相调节，隔板两侧可采用不同的液气比，提高热隔板两侧气液两相负荷控制精度，提高产品的分离效果，简化隔板精馏塔的控制问题。经液相调节盘调节隔板两侧的液相量后，再经液相再分配盘实现隔板两侧液相的均匀分配，满足不同产品精度要求。

2、本发明分壁塔分馏清晰度可调节的工艺方法及装置，通过在精馏段设置调节装置，可解决将精馏段液相收回，回流出塔外，用泵再分配至隔板两侧导致的管道复杂、设备台套数量多，热量损失，机泵易故障等问题，降低操作费用，减少热损失，减少投资费用。

3、本发明的热耦合精馏塔中间隔板采用绝热式设计，防止隔板左右两侧进行热量传递。在实际运行过程中，针对不同物料，物性不同，通过调节分壁板两侧的液相流量，实现灵活调整气液比，实现液相分配比的灵活调节功能，隔板左右两侧的操作参数不同，实现预分离段和侧线产品段的相对独立操作，有效控制热量返混现象，有效提高中间产品纯度。

4、与现有技术相比，本发明的分壁塔分馏清晰度可调节的工艺方法及装置，其液相调节盘为新增设的分壁塔内构件，具有结构简单，安装方便的特点，可以根据调节分壁段两侧的气液比，满足不同产品清晰度要求，拓宽分壁塔的应用场合，具有良好的经济效益。

附图说明

图1、图2是本发明一种分壁塔示意图，其中1-公共精馏段，2-分壁段，3-公共提馏段，4-液相回流分配盘，5-调节盘控制器，6-液相再分配盘，7-支撑梁，8-液相调节盘，9-隔板。

图3、图4、图5为液相调节器示意图，其中：80-塔盘，81-转向器，82-转向板，84-连杆，85-升气管，86-液相分配器，87-为端板，88为限位板。

图6、图7为液相调节盘调节时工作时示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“若干”的含义是一个或者一个以上，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

如图1至图7所示，本发明公开了一种液相分配控制装置。该装置安装在隔板精馏塔中公共精馏段1下方，分壁段2（隔板9）上方。液相分配控制装置由液相回流分配器4、液相调节盘8、液相再分配器6、调节盘控制器5构成。其中液相调节盘8为圆形塔盘结构，其由塔盘80、支撑梁7、转向器81，转向板82，连杆84，端板 87，升气管 85、液相分配器86及限位板88构成。塔盘80上设有若干升气管85和若干液相分配器86。

所述塔盘80沿直径方向设置转向板82，转向板82与隔板9呈上下结构，呈一定夹角，优选垂直；转向板82中心设置转向器81，转向器81与连杆84连接；连杆84可绕自身旋转一定角度，连杆84旋转时，通过转向器81可带动转向板82正向或反向倾斜一定角度，倾斜角度为-15°-15°。所述的转向器采用本领域技术人员所熟知的结构，在此不作赘述。

所述的液相调节盘8由调节盘控制器5控制，以实现液相调节盘倾斜。倾斜角度可以为-15°-15°。所述调节盘控制器5设在塔体外部，与连杆84相连接，调节盘控制器5可控制连杆84旋转一定角度，调节盘控制器5可以采用电动阀、气动阀门或电机。

进一步，所述塔盘80的底部径向优选设置“T”形支撑梁7，支撑梁7与塔盘底部为可活动支撑，塔盘可以支撑梁7的水平段为轴实现倾斜。支撑梁7的竖直段底部固定在隔板9上。所述支撑梁7的水平段与隔板精馏塔中的隔板9上下平行，且水平投影重合。

进一步，所述塔体内壁在转向板82两端对应的位置设置有限位器88，用于限制塔盘在限定的角度内倾斜。

进一步，所述装置还包括产品自动控制系统。产品自动控制系统可以通过预设产品分馏精度，对调节盘控制器5发出动作指令，调节连杆84旋转一定角度，连杆84通过转向器81带动转向板82，以支撑梁7水平段为轴实现塔盘倾斜一定角度，实现隔板两侧的液相调节。倾斜角度可以为-15°-15°。

进一步，转向板82与塔盘80的固定连接可以采用焊接、螺栓连接、螺丝连接、卡扣连接等各种适宜的方式。转向板82设置在分壁段隔板的上方，转向板82的长度方向与分壁段隔板的长度方向优选垂直。

进一步，液相调节盘中塔盘80的边缘设置向上的端板87，以保证塔盘上液层有一定厚度，从而能够在一定程度上消除液面不平衡给液相分配带来的影响。

进一步，所述的液相调节盘，在塔盘未倾斜时，隔板两侧的液相量相同，隔板两侧的液气比一致。当塔盘向隔板进料侧向下倾斜时，因塔盘倾斜，液相偏流，进料侧液相量增加，液气比适当增大，出料侧液相量减少，液气比适当降低，实现产品分馏精度的调整。

进一步，所述的液相回流分配盘和液相再分配盘可以采用本领域的常规塔盘结构，如可以采用烟囱式分配器、槽式分布器等常规结构。

所述的液相调节盘8上设置若干液相分配器86及升气管85。液相分配器85与升气管86间隔布置，均设置在塔盘80上，其与塔盘80的固定连接可以采用焊接、螺栓连接、螺丝连接、卡扣连接等各种适宜的方式。其中升气管85顶部高于液相分配器86顶部，升气管85顶部高出液相分配器86顶部的距离约为升气管85总长度的1/5～3/4，优选为1/3～1/2。升气管85与液相分配器86之间的（水平）距离约为升气管85高度的1/5～3/4，优选为1/3～1/2。其中液相分配器86包括雨帽861和降液管862。雨帽861由盖板和筒裙构成。雨帽861的筒裙上沿固定在盖板底面上。雨帽861的筒裙高度为30～300mm，优选150mm～200mm。雨帽861的筒裙下沿开设若干个条缝。其条缝可以为三角形、正方形、长方形或半圆形，优选为三角形。其条缝高度为筒裙高度的1/5～3/4，优选为1/3～1/2。其下沿开设的条缝，其总面积为筒裙截面积的1/10～1/2，优选为1/5～1/3。所述降液管862为两端敞口结构，雨帽861的盖板截面积为降液管862截面积的1～5倍，优选1.5～3倍。雨帽861置于降液管862顶部；降液管862上沿与雨帽盖板间存在空间高度，构成物料流动通道，其空间高度为10mm～200mm，优选30mm～80mm。

结合图4-7，进一步说明本发明中清晰度可调节的工艺装置工作方法过程，所述该清晰度可调节的工艺装置工作时时，液相物料从精馏段进入液相回流分配盘4，经液相回流分配盘实现均匀分布后，经塔盘上开设的溢流孔至液相调节盘8。

根据产品清晰度要求，随着调节盘控制器5控制连杆84旋转，带动转向板82实现液相调节盘8以支撑梁7水平段为轴倾斜。转向板82可控制塔盘向分壁段的进料侧或出料侧偏转倾斜，当塔盘倾斜至进料侧时，进料侧液相将根据倾斜角度多于出料侧液相。液相回流分配器的液相进入液相调节盘8，液相调节盘上进料侧液相较多，液面升高，液体从升气管及降液管流向液相再分配器，液体流动的空间占用了气相流通的空间，气相流体流通截面积减小，干预气液传质强度，进而限制气液热传递，而出料侧由于液相较少，液面减少，液体从降液管流向液相再分配器，不影响升气管的气相通道，并且由于降液管的流体较少，留出空间作为气相流通的通道，气相流体流通截面积增大，从而提高气液比，促进气液热传递，最终实现热负荷的调节；达到节能的目的。

本发明的分壁塔分馏清晰度可调节的工艺方法及装置，其液相回流分配器及液相调节盘为新增设的分壁塔内构件，具有结构简单，安装方便的特点，可以根据调节分壁段两侧的气液比，满足不同产品清晰度要求，拓宽分壁塔的应用场合，具有良好的经济效益。

Claims (14)

1.一种液相分配控制装置，其设置于隔板精馏塔中公共精馏段下部、分壁段隔板上方；所述液相分配控制装置自上而下依次包括液相回流分配盘、液相调节盘及液相再分配盘；

所述液相调节盘为圆形塔盘结构，其包括塔盘、支撑梁、转向板、转向器、连杆、端板、限位板、升气管和液相分配器；所述塔盘上设有若干升气管和若干液相分配器；所述塔盘沿直径方向设置转向板，转向板与隔板呈上下结构，且呈一定夹角；转向板中心设置转向器，转向器与连杆连接；连杆可绕自身旋转一定角度，连杆旋转时可带动转向板正向或反向倾斜一定角度；

所述支撑梁在塔盘底部径向设置，支撑梁为“T”形结构，其包括水平段和竖直段，支撑梁与塔盘底部为可活动支撑，塔盘可以支撑梁水平段为轴实现倾斜；

支撑梁竖直段底部固定在隔板上，支撑梁水平段与隔板精馏塔中的隔板平行；

所述隔板精馏塔塔体内壁在转向板两端对应的位置设有限位器，用于限制塔盘在一定角度内倾斜；

所述液相调节盘的塔盘边缘设置向上的端板，以保证塔盘上液层有一定厚度。

2.按照权利要求1所述的液相分配控制装置，其特征在于，还包括调节盘控制器，所述调节盘控制器设在塔体外部，与连杆相连接，调节盘控制器可控制连杆绕自身旋转一定角度。

3.按照权利要求2所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述调节盘控制器采用电动阀、气动阀门或电机。

4.按照权利要求1所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述装置还包括产品自动控制系统，所述产品自动控制系统可通过预设产品分馏精度，对调节盘控制器发出动作指令。

5.按照权利要求1所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述转向板与塔盘的固定连接采用焊接、螺栓连接、螺丝连接或卡扣连接方式。

6.按照权利要求1或5所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述转向板设置在分壁段隔板上方，转向板的长度方向与分壁隔板的长度方向垂直。

7.按照权利要求1所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述的液相回流分配盘和液相再分配盘采用烟囱式分配器或槽式分布器。

8.按照权利要求1所述的液相分配控制装置，其特征在于，若干液相分配器与若干升气管在液相调节盘的塔盘上间隔布置。

9.按照权利要求1所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述升气管上端高于液相分配器上端。

10.按照权利要求1所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述的液相分配器包括雨帽和降液管；所述雨帽由盖板和筒裙构成，筒裙上沿固定在盖板底面上，筒裙下沿开设若干条缝；所述降液管为两端敞口结构。

11.按照权利要求10所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述的条缝为三角形、正方形、长方形或半圆形。

12.按照权利要求1所述的液相分配控制装置，其特征在于，所述的升气管由升气管节及螺旋板构成，升气管内设置螺旋板，螺旋板中心留有物料流动通道。

13.一种隔板精馏塔，其中应用了权利要求1-12任一所述的液相分配控制装置。

14.按照权利要求13所述的隔板精馏塔，其特征在于，隔板精馏塔的隔板位于塔身内部中段，且竖直设置并沿塔身轴线延伸，隔板将塔内空间分隔为位于隔板上方的公共精馏段、位于隔板左侧的进料段、位于隔板右侧的出料段以及位于隔板下方的公共提馏段；隔板为多层中空设置。

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