CN207822549U - 分壁精馏塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分壁精馏塔。在所述分壁精馏塔内沿塔的纵向设置一块分隔板，将精馏塔内空间分成公共精馏段、预分馏段、侧线出料段和公共提馏段，所述精馏塔还包括液体中段回流分配系统和塔底上升气体分配控制系统。该分壁精馏塔可以灵活调节分隔板两侧的液体回流分配比和气体分配比，从而提高分壁精馏塔操作的稳定性。

Description

分壁精馏塔

技术领域

本实用新型涉及一种分壁精馏塔。

背景技术

精馏是化工中首选的分离过程，虽然有许多优点，但是能耗特别大，为节能，国内外已研制出一些节能型耦合精馏塔：像反应与精馏耦合的塔；精馏与其他分离过程耦合的塔(吸附-精馏耦合、结晶-精馏耦合等)；精馏-精馏耦合的塔：热耦精馏塔(PetlyukColumn)；内部热耦合精馏塔(ITCDIC)；分隔板精馏塔(Dividing wall column简称DWC)。

国内已有高校研究并有文章关于节能型的精馏耦合塔，但尚未发现DWC研究机构和应用单位。DWC是在精馏塔内部设一垂直隔板，将精馏塔分成上部公共精馏段、下部公共提馏段、及由隔板分开的预精馏段及侧线采出段四部分。由于DWC与热耦精馏分离的原理及计算方法是一致的，DWC在热力学上等同于一个Petlyuk塔，比传统的两塔系统节约了30％的投资费用。因此有人把DWC归为耦精馏塔的特例，但因DWC比热耦精馏塔少一台精馏塔及相应管路，因此投资及占地面积比热耦精馏塔少DWC分离3组分混合物时，只需1个精馏塔就可得到3个纯组分，这就节省了1个精馏塔及其附属设备，如再沸器、冷凝器、塔顶回流泵及管道。虽然DWC比原有2塔流程的每个精馏塔大，但总的设备投资会降低许多。 DWC是热力学上最理想的系统结构，在分离3组分混合物时，用相同的理论板数，完成同样的分离任务，采用DWC比传统的两塔流程需更少的再沸热量和冷凝量,Lestak[LestakF,CollinsC.Advanced Distillation Saves Energy and Capital[J].Chem Eng,1997,104(7):72-76]指出，对于某些给定的物料，分隔板式精馏塔和常规精馏塔相比需更小的回流比，故操作容量增大，节能最高可达到60％以上，可节省设备投资30％。DWC能广泛地应用于石油精制、石油化工、化学品及气体精制。

采用DWC分离3组分混合物时，从塔底上升的蒸汽在分隔板两侧分为两部分，若蒸汽在分隔板的两侧分配量不相等时，根据进料及中间出料情况，在某种情况下具有热力学优势。要想使分隔板两侧的汽相流量不相等，一般有两种方法:①分隔板不放置在塔的中间；②通过内部设置使分隔板一侧的压降大于另一侧。前一种方法要根据特定的物系进行精确的计算，从而确定分隔板的位置，对设计要求较高；后一种方法要求内部设置在控制压降的同时能均匀的分布气体，要求装置简单，操作灵活。如果分布器设计的不合理很难达到理想的分离效果[M.A.Shilkin,G.Schuch,B.Kaibel,Equipmentimprovement trends in distillation,Chemical Engineering and Processing:Process Intensification,2009,48(6):1089-1104]。因此，分隔板两侧的气液流量的分布成为此类塔设计及优化操作的一个关健。

US4230533中使用的液体回流是以液位差为动力，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，并且液体回流分配与气体分配之间没有相互关联。

US5755933中的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分别回流，来实现对回流液体和上升气体的分配。

US7267746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。

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。

中国专利201110192770.7中的分壁塔是通过导向片来实现对塔内气体分布的控制。

现有技术均存在以下技术问题：(1)设计要求高，当气液量发生波动时无法正常操作； (2)气体分布不均，当气体分布器通过导向片调节时，导向片向一侧偏转，易造成上方塔板或填料内气体分布不均；(3)装置过于复杂，加工成本高，操作难度大等。

实用新型内容

本实用新型的目的是为实现分壁精馏塔分隔板两侧气体分配而提供一种新型的分壁精馏塔。该装置具有分隔板两侧气体灵活调节，同时具有结构简单、气体分布均匀、易于操作的优点。

本实用新型通过以下的技术方案加以实现：

一种新型分壁精馏塔，在所述精馏塔中沿塔的纵向设置一块分隔板，将精馏塔分成公共精馏段、预分馏段、侧线出料段和公共提馏段，其特征在于，所述分壁精馏塔还包括塔底上升气体分配控制系统，塔底上升气体分配控制系统包括电脑控制系统和传动系统和气体分配箱。动分隔板位于气体分配箱内并与分隔板底部相连。

所述的塔底上升气体分配控制系统包括电脑控制系统和安装于分隔板底部传动装置和动分隔板。根据系统的压差变化将电脑控制系统设定好隔板两侧气体流量分配比，此时传动装置通过调节动分隔板与垂直方向的角度调节气流通道面积，从而达到控制气体流量的作用。

所述的气体分配箱包括动箱体、动分隔板和箱底气液分布板。传动系统包括转动执行机构、传动轴、滑动轨道、齿轮，其中传动轴与分壁塔体之间采用轴封，传动轴与齿轮相连，齿轮与动分隔板相连并可以带动动分隔板沿滑动轨道摆动。动分隔板在齿轮的控制下摆动，可以对分隔板两侧分壁区的开度实现0-100％开度范围的调节。箱底气液分布板的阀孔可以采用泡罩、浮阀、固阀、筛孔，优选筛孔塔板；其塔板上开孔率范围为8％-25％(基于塔板有效区面积)，优选的为15％-20％；塔板上可以布置降液管，也可以不布置降液管即采用穿流塔板的形式，优选的采用穿流塔板形式。

所述的气体分配箱的高度是塔直径的0.5-2倍。

所述的动分隔板的高度是塔直径的0.5-2倍。

根据本实用新型的一种优选实施方式，所述的分壁精馏塔还可以同时包括液体中段回流分配系统。所述的液体中段回流分配系统包括中段回流缓冲罐、中段回流泵、和安装于分隔板两侧的流量计和调节阀。其中所述液体中段回流分配系统的液体抽出口位于与分隔板相邻的上方塔板的上侧，该塔板上还设置有集液槽以收集自公共精馏段回流的液体。自公共精馏段回流的液体经集液槽收集后经液体抽出口全部抽出至中段回流缓冲罐中，然后再经由中段回流泵分两路返回到分壁塔分隔板的两侧，其中一路在流量计和调节阀的调节控制下返回到分壁塔的侧线采出侧，另一路在流量计、调节阀和中段回流缓冲罐液位计的串级调节控制下返回到分壁塔的进料侧，两路回流液体的入口端位于分隔板上方相邻的塔板上侧。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的分壁精馏塔通过设置的液体中段回流分配系统和塔底上升气体分配控制系统来实现对分壁塔的液体回流分配比和上升气体分配比的独立自动调节控制。液体回流分配比和气体分配比可以在较大的比例范围内实现连续调节。工作人员可以通过以下方式实现对分壁塔的液体、气体分配比的控制：

(1)气体通过气体分布器时压力损失小，塔截面有效面积利用率高。

(2)改变分隔板两侧气体分配比时，不改变气流的流动方向，保证了气流分布的均匀性，从而使得分布器上方的塔板/填料内气体分布均匀。

(3)结构简单，气体调节范围宽，气液分配效果好。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图：

1-分壁精馏塔；2-公共精馏段；3-分隔板；4-预分馏段；5-侧线出料段；6-公共提馏段； 7-电脑控制系统；8-传动系统；9-气体分配箱；10-集液槽；11-升气孔；12-板式塔；13-原料罐；14-进料泵；15原料预热器；16-塔顶冷凝器；17-液体分配器；18-塔顶产品罐；19-中段回流缓冲罐；20-中段回流泵；21-中段回流预热器；22-中间产品罐；23-塔釜；24-搅拌叶轮；25-磁力搅拌器；26-塔釜产品冷凝器；27-塔釜产品泵；28-塔釜产品罐；

图2为气体分配箱俯视图；

29-气体分配箱箱体；30-动分隔板；31齿轮；32-滑动轨道；33-传动轴；34-箱底气液分布板；35-塔板开孔

图3为是气体分配箱结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的分壁精馏塔进行详细说明：

如图1所示，在分壁精馏塔的中部沿纵向设置一块分隔板3，将精馏塔分为公共精馏段、预分馏段、侧线出料段和公共提馏段。液体中段回流分配系统包括中段回流缓冲罐19、中段回流泵20和中段回流预热器21。塔底上升气体分配控制系统包括气体分配器8、9和电脑控制系统7。

待分离原料由原料罐13，经进料泵14、原料预热器15进入到分壁塔的分壁区预分馏段，在预分馏段汽化后的轻组分上升与回流的液体进行逆流接触精馏分离，最后在分隔板顶部会同从分壁塔侧线采出侧上升的气体一起经升气孔11上升到公共精馏段，与塔顶回流的液体进行接触精馏分离后从塔顶引出，经塔顶冷凝器16冷凝后，由液体分配器17进行液相分配，一部分塔顶采出作为产品进入塔顶产品罐18，其余部分作为塔顶回流经由管道返回塔内。塔顶回流液体经由集液槽10进行收集后经全部抽出至中段回流缓冲罐19中。缓冲罐19中的液体经中段回流泵20抽出后，由中段回流预热器预热至指定温度，分为两路返回到分壁塔分隔板的两侧。分壁塔塔釜23内为重组分液体，经塔底冷凝器26冷却后，由塔釜产品泵27打入塔釜产品罐28。

塔底上升气体分配控制系统包括电脑控制系统7、气体分配箱9以及传动系统8，其中气体分配箱9安装于分壁塔分隔板底部，传动装置在塔内与动分隔板30通过齿轮31相连，在塔外与电脑控制系统相连7。

所述的塔底上升气体分配控系统包括电脑控制系统和安装于分隔板底部传动装置和气体分配箱。根据系统的压差变化将电脑控制系统设定好隔板两侧气体流量分配比，此时传动装置通过调节动分隔板与垂直方向的角度调节分隔板两侧气体流通面积，从而达到控制气体流量的作用。

所述气体分配箱包括箱体、动分隔板和箱底气液分布板。气体分配箱的箱体内接于分壁精馏塔塔壁，动分隔板控制分隔壁两侧气体流通截面积的分配，同时箱底气液分布板实现对气液特别是液流的重新调整与均布，防止分布箱内的液体直接落入下方的填料/塔板上造成液体分布不均。传动系统包括转动执行机构、传动轴、齿轮和滑动轨道。其中传动轴与分壁塔体之间采用轴封，传动轴与齿轮相连，齿轮可以随着传动轴转动而绕滑动轨道左右运动，同时齿轮与动分隔板相连并带动动分隔板左右运动。实现了动分隔板与垂直方向偏离一定角度，从而达到调节分隔板两侧气体流量的作用。

在操作过程中，由分隔板两侧差压信息反馈给电脑控制系统7，电脑控制系统根据预先设定的气体流量分配比来调整动分隔板。当需要有较大量的气体进入分壁塔的分壁区侧线采出侧时，由电脑控制系统7调动分隔板30与垂直方向的角度。其调节过程是，电脑控制系统 7控制转动执行机构8进行旋转，同时带动传动轴33进行旋转，传动轴转动使齿轮31沿滑行轨道32左右摆动，齿轮32转动与动分隔板30相连。从而实现动分隔板30与垂直方向角度的调节。当动分隔板向左偏离垂直方向时，预精馏段4气流通道变窄，气流阻力变大，气体流量变小；相反侧线采出段5气流通道变宽，气流阻力减小，气体流量变大。因此，动分隔板30向预精馏段4一侧运动时，大量气体从侧线采出段5通过。再根据系统差压信息反馈给电脑控制系统，电脑控制系统将之与预先设定的气体分配比进行比对，不断加以调整，最终达到预定的气体分配比，以此来实现对气体在分隔板两侧的流量分配。

本实用新型的关键在于所述的液体中段回流分配系统和塔底上升气体分配控制系统可以灵活调节分隔板两侧的液体回流分配比和气体分配比，从而达到理想的产品分离效果。

Claims (10)

1.一种分壁精馏塔，在所述分壁精馏塔中沿塔的纵向设置一块分隔板，将精馏塔分成公共精馏段、预分馏段、侧线出料段和公共提馏段，其特征在于，所述分壁精馏塔还包括塔底上升气体分配控制系统，塔底上升气体分配控制系统包括电脑控制系统和传动系统和气体分配箱，动分隔板位于气体分配箱内并与分隔板底部相连。

2.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的气体分配箱内接于分壁精馏塔,位于分隔板底部,动分隔板安装于气体分布箱内并与分隔板底部相连。

3.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的动分隔板对分隔板两侧分壁区的开度实现0-100％开度范围的调节。

4.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的气体分配箱包括传动机构和动分隔板；传动机构包括转动执行机构、传动轴、滑动轨道和齿轮。

5.按照权利要求4所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的传动轴与分壁塔体之间采用轴封，传动轴与齿轮相连，齿轮与动分隔板相连并带动动分隔板沿滑动轨道摆动。

6.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的气体分配箱的高度是塔直径的0.5-2倍。

7.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的动分隔板的高度是塔直径的0.5-2倍。

8.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的气体分配箱箱底安装有气液分布板。

9.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的精馏塔还包括液体中段回流分配系统，所述的液体中段回流分配系统包括中段回流缓冲罐、中段回流泵、和安装于分隔板两侧的流量计和调节阀。

10.按照权利要求9所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的液体中段回流分配系统的液体抽出口位于与分隔板相邻的上方塔板的上侧，该塔板上还设置有集液槽以收集自塔顶结合区回流的液体。