专利名称：一种立式分馏柱、分馏装置及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种化工树脂生产装置，具体涉及一种分馏柱以及包含该分馏柱的分
馏装置。
背景技术：
分馏是一种能够有效分离混合气相组分的方法，沸腾着的混合物蒸汽通过分馏柱进行一系列的热交换之后，由于受到冷却水的冷却，蒸汽中高沸点的组分冷却为液体，回流入反应器中，上升的蒸汽中含低沸点的组分相对增加，当冷凝液回流途中遇到上升的蒸气， 两者之间又进行热交换，上升的蒸气中高沸点的组分又被冷凝，低沸点的组分仍继续上升， 易挥发的组分又相对增加，如此在分馏柱内反复进行着汽化-冷凝-回流等程序，当分馏柱的效率相当高且操作正确时，在分馏柱顶部出来的蒸汽就接近于纯低沸点的组分，最终将沸点不同的物质分离出来。传统的树脂合成工艺通常由高温缩聚和低温稀释两部分组成，其中，高温缩聚过程是在高温反应釜中，将二元酸和二元醇在氮气保护下于210°C高温进行缩聚，生成聚酯树脂和分子水。通常通过反应釜上的回流柱对副产物水蒸气和反应物蒸汽进行分馏，使水蒸气排出，反应物冷凝回流。因此，分馏的效果极大地影响缩聚过程中产物的质量和回收率， 在环保、节能方面具有重要意义。目前，常用的立式分馏柱的效率较低，常导致应冷凝回流的部分产品材料达不到分馏的效果，而流向废水池使废水的治理成本增加，其主要缺点体现在(1)立式分馏柱下段多采用随机填充的鲍环填料，使分馏柱液相由于负荷相对过小且分布不均勻、气液接触较差、容易造成气体“短路”、难以达到蒸馏效果；( 立式分馏柱上部的列管式冷凝器材质为不锈钢，管外采用循环冷却水冷却，列管式冷凝器因缺乏必要的气液接触并没有分馏效果，仅有冷凝冷却效果，以实现水蒸汽中低分子有机物的有效冷却冷凝，减少物料损失；由于立式分馏柱冷却水侧流动性较差，相当于池冷却，存在许多流动死区，且顺流冷却效果也相对较差，使得过程传热效果差；循环冷却水侧低流速、列管式冷凝器的大温差换热使得循环冷却水易于结垢，极大影响管内水蒸汽中低分子有机物的冷凝冷却效果；⑶苯酐和顺酐等固体原材料在较低温度下(60-80°C )能够凝华，由于立冷分馏柱中液相负荷相对较小，且液相分布极不均勻，加上列管式冷凝器的大温差传热引起夹带部分苯酐和顺酐的水蒸气急冷，容易析出固体苯酐和顺酐，所以装置运行时间长后析出的固体苯酐和顺酐因缺少必要的液相冲刷极易积聚在立冷分馏柱上，堵塞填料通道。公开号为CN200963588的中国专利公开了一种分馏柱，其在分馏柱体内设置多个中空管状结构的引馏体，并与外部空间相连接，通过引馏体引入外部空气进行热交换，使分馏柱内温度梯度增加，达到了一定的分馏效果，但其通过空气进行冷却分馏，受外部环境影响大，分馏效率低，且分馏效果可进一步提高。
发明内容
本发明的目的是针对以上要解决的技术问题，提供一种结构简单、操作方便、分馏柱不易结垢、能够显著提高冷凝换热效果的立式分馏柱。本发明的另一个目的是提供一种包含所述立式分馏柱的分馏装置。本发明的再一个目的是提供一种应用所述分馏装置分馏混合气相组分的方法。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案一种立式分馏柱，包括柱体，该柱体底部设置有气相组分进口，顶部设置有气相组分出口，侧面下部设置有冷却水进口，侧面上部设置有冷却水出口，所述柱体内设置至少一根导气管，该导气管上端连接所述气相组分出口，下端连接所述气相组分进口，所述柱体内设置有螺旋隔板。本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。本发明提供的的立式分馏柱，所述螺旋隔板呈螺旋上升结构装设于所述柱体内壁。本发明提供的的立式分馏柱，所述螺旋隔板的相邻两层间距可调节。本发明还提供了一种分馏装置，其特征在于本发明所述的立式分馏柱。进一步，本发明提供的分馏装置还包括循环水冷却装置和液体输送装置，所述循环水冷却装置上部设置有环境温度水出口和循环水进口，其下部设置有环境温度水进口和循环水出口，所述液体输送装置两端分别连接循环水出口和冷却水进口，所述立式分馏柱上的冷却水出口与所述循环水冷却装置上的循环水进口相连接。根据本发明的分馏装置，所述循环水冷却装置为管壳式热交换器。根据本发明的分馏装置，所述循环水冷却装置为板式热交换器。根据本发明的分馏装置，所述液体输送装置为水泵。本发明还进一步提供了一种应用本发明所述分馏装置分馏混合气相组分的方法， 包括以下步骤1)冷却水以60 80°C、3 8吨/小时的流量从冷却水进口流入分馏柱柱体，混合气相组分以140 200°C从气相组分进口进入导气管；2)混合气相组分在上升过程中经导气管与冷却水进行热交换，其中的高沸点组分被冷却为液体后经气相组分进口回流，低沸点组分以102 150°C从气相组分出口排出；3)环境温度水以15 35°C、4 10吨/小时的流量通过环境温度水进口流入循环水冷却装置，冷却水以温度70 100°C流出分馏柱柱体，经由循环水进口流入循环水冷却装置，降温至60 80°C后从循环水出口流出循环水冷却装置，并通过液体输送装置输送至分馏柱柱体进行循环利用，环境温度水则以温度25 45°C流出循环水冷却装置。在本发明提供的立式分馏柱中，所述导气管内为需部分冷凝的待分馏混合气体， 导气管外与柱体内壁之间为冷却水。通过在柱体内壁与导气管之间设置螺旋隔板，可使循环冷却水流速稳定、提高导气管内外的传热传质效果。在保持体积流量不变的情况下，可通过调整确定螺旋隔板的优化间距以确定冷却水的流速、膜传热系数、进出口温度等参数。通过控制冷却水的进口温度，使管内化工原料在上升过程中产生分馏效果但不会凝华在管内形成堵塞。分馏柱中管束外冷却水以分馏柱的下部作为进口，以上部为出口，通过采用在导气管内设置扰流及导流器件等强化传热方法提高管内水蒸汽对流传热系数，以使管内水蒸气混合物沿程温度分布优化，最大限度地强化气相中有机组分的冷凝效果。本发明所述立式分馏柱的冷却水被传热后，进入与分馏柱相连的循环水冷却装置，以降低其温度并实现其循环利用。与现有技术相比较，本发明具有以下明显优点通过在柱体内设置螺旋隔板结构， 并根据具体情况灵活确定调节隔板间距，可有效解决循环冷却水侧低流速、循环冷却水易于结垢、原材料在较低温度下形成凝华进而堵塞管道等实际运行问题，并大幅提高传热传质效果和分馏效率，最终提高分馏柱的整体性能。
图1是本发明的立式分馏柱的结构示意图。图2是本发明的分馏装置的结构示意图。其中，1:冷却水进口 2:冷却水出口 3:气相组分进口 4:气相组分出口 5: 柱体51 螺旋隔板 52 导气管 6 水泵 7 循环水冷却装置 8 环境温度水进口 9 环境温度水出口 10:循环水进口 11:循环水出口
具体实施例方式为更进一步阐述本发明以达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例和附图，对本发明提出的立式分馏柱、分馏装置及其应用方法详细说明如下。如图1所示，本发明所述的立式分馏柱，包括柱体5，柱体5底部设置有气相组分进口 3，柱体5顶部设置有气相组分出口 4，柱体5侧面下部设置有冷却水进口 1，柱体5侧面上部设置有冷却水出口 2。所述柱体5内设置至少一根导气管52，该导气管52也可以根据实际需要选择为多根并形成导气管束。该导气管52上端连接所述气相组分出口 4，下端连接所述气相组分进口 3，所述柱体5内设置有螺旋隔板51。所述螺旋隔板51优选呈螺旋上升结构装设于所述柱体内壁，使其易于固定。所述螺旋隔板51相邻两层之间的间距，优选可根据冷却水的流量及导气管52外换热系数的具体要求进行灵活调节。在保持体积流量不变的情况下，可通过调整确定螺旋隔板51的优化间距以确定冷却水的流速、膜传热系数、进出口温度等参数。冷却水从冷却水进口 1进入柱体5内，经螺旋隔板51导流从下部向上部流动，控制其流速以达到最佳传热效果；通过气相组分进口 3向导气管52内通入混合气相组分，气相组分在上升过程中经导气管52与冷却水进行热交换，其中高沸点组分被冷却为液体，并经气相组分进口 3回流，低沸点组分则从气相组分出口 4排出。柱体5内的冷却水经热交换后，由冷却水出口 2流出。如图2所示，是本发明提供的分馏装置的结构示意图，其包括本发明所述的立式分馏柱5、水泵6和循环水冷却装置7。所述循环水冷却装置7上部设置有循环水进口 10 和环境温度水出口 9，其下部设置有循环水出口 11和环境温度水进口 8。所述水泵6两端分别连接冷却水进口 1和循环水出口 11。所述立式分馏柱5上的冷却水出口 2和循环水冷却装置7上的循环水进口 10相连接。循环水冷却装置7中通入环境温度水，柱体5中流出的冷却水经循环水进口 10流入循环水冷却装置7，并利用环境温度水进行降温后，循环水冷却装置7通过水泵6将冷却水从冷却水进口 1输送回立式分馏柱5中。为提高循环水冷却装置的热交换效果，所述循环水冷却装置7优选为管壳式热交换器或板式热交换器。应用本发明所述分馏装置进行分馏混合气体组分的方法，包括以下具体步骤
1)冷却水以60 80°C、3 8吨/小时的流量从冷却水进口 1流入分馏柱柱体 5，混合气相组分以140 200°C从气相组分进口 3进入导气管52 ；2)调节螺旋隔板51的间距以确定冷却水的流速，混合气相组分在上升过程中经导气管52与冷却水进行热交换，其中的高沸点组分被冷却为液体后经气相组分进口 3回流，低沸点组分以102 150°C从气相组分出口 4排出；3)环境温度水以15 35°C、4 10吨/小时的流量通过环境温度水进口 8流入循环水冷却装置7，冷却水以温度70 100°C经冷却水出口 2流出分馏柱柱体5，经由循环水进口 10流入循环水冷却装置7，降温至60 80°C后从循环水出口 11流出循环水冷却装置7，并通过水泵6输送至冷却水进口 1进入分馏柱柱体5循环利用，环境温度水则以温度 25 45°C从环境温度水出口 9流出循环水冷却装置7。在操作进行一段时间后，为了防止出现结垢现象，而又不影响冷凝的效果，应适当提高步骤幻中所述冷却水循环进入冷却水进口 1处的温度至60°C以上。具体应用实施例1、以80千瓦热负荷的立式分馏柱为例，当反应器内反应物蒸汽和副产物水蒸汽在气相组分进口 3处以160°C进入分馏柱柱体5时，在气相组分出口 4处温度不低于102°C; 而冷却水进口 1处，冷却水以温度为65°C、流量为5吨/小时流进分馏柱柱体5，经螺旋隔板51到达冷却水出口 2处时，温度为79°C ；2、在分馏柱主体5外部连接一台循环水冷却装置7，以循环降低冷却水的温度，用水泵6推动装置中的冷却水循环流动，并保持分馏柱柱体5中的冷却水在冷却水进口 1处的温度达到65°C ；循环水冷却装置7用外界的环境温度水进行冷却，以7吨/小时的流量、 32°C的温度在环境温度水进口 8处流进循环水冷却装置7，在环境水出口 9处流出时，水温为 42 0C ο在实际化工树脂生产中的应用结果表明，由于采用在柱体内壁与导气管之间设置螺旋隔板，循环冷却水流速均勻稳定不结垢，导气管内外的传热传质效果显著提高，未发生混合气体凝华而堵塞导气管的情况，分馏性能优异。以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
权利要求
1.一种立式分馏柱，包括柱体，该柱体底部设置有气相组分进口，顶部设置有气相组分出口，侧面下部设置有冷却水进口，侧面上部设置有冷却水出口，所述柱体内设置至少一根导气管，该导气管上端连接所述气相组分出口，下端连接所述气相组分进口，其特征在于 所述柱体内设置有螺旋隔板。
2.根据权利要求1所述的立式分馏柱，其特征在于所述螺旋隔板呈螺旋上升结构装设于所述柱体内壁。
3.根据权利要求1或2所述的立式分馏柱，其特征在于所述螺旋隔板的相邻两层间距可调节。
4.一种分馏装置，其特征在于包括权利要求1所述的立式分馏柱。
5.根据权利要求4所述的分馏装置，其特征在于还包括循环水冷却装置和液体输送装置，所述循环水冷却装置上部设置有环境温度水出口和循环水进口，其下部设置有环境温度水进口和循环水出口，所述液体输送装置两端分别连接循环水出口和冷却水进口，所述立式分馏柱上的冷却水出口与所述循环水冷却装置上的循环水进口相连接。
6.根据权利要求5所述的分馏装置，其特征在于所述循环水冷却装置为管壳式热交换器。
7.根据权利要求5所述的分馏装置，其特征在于所述循环水冷却装置为板式热交换器ο
8.根据权利要求5所述的分馏装置，其特征在于所述液体输送装置为水泵。
9.一种使用权利要求5所述分馏装置分馏混合气相组分的方法，其特征在于包括以下步骤1)冷却水以60 80°C、3 8吨/小时的流量从冷却水进口流入分馏柱柱体，混合气相组分以140 200°C从气相组分进口进入导气管；2)混合气相组分在上升过程中经导气管与冷却水进行热交换，其中的高沸点组分被冷却为液体后经气相组分进口回流，低沸点组分以102 150°C从气相组分出口排出；3)环境温度水以15 35°C、4 10吨/小时的流量通过环境温度水进口流入循环水冷却装置，冷却水以温度70 100°C流出分馏柱柱体，经由循环水进口流入循环水冷却装置，降温至60 80°C后从循环水出口流出循环水冷却装置，并通过液体输送装置输送至分馏柱柱体进行循环利用，环境温度水则以温度25 45°C流出循环水冷却装置。
全文摘要
本发明提供了一种立式分馏柱，用于化工树脂生产反应工艺中的分馏工艺，其包括柱体，该柱体底部设置有气相组分进口，顶部设置有气相组分出口，侧面下部设置有冷却水进口，侧面上部设置有冷却水出口，所述柱体内设置至少一根导气管，该导气管上端连接所述气相组分出口，下端连接所述气相组分进口，所述柱体内设置有螺旋隔板。在该立式分馏柱的基础上，本发明还提供了一种包括上述立式分馏柱的分馏装置及其应用方法。本发明提供的分馏柱和分馏装置结构简单、操作方便，分馏柱不宜结垢，并有效应用于精细分馏混合气体组分，使气体与冷却水之间有效传热，提高分馏效率，从而最终提高分馏柱的整体性能。
文档编号B01D3/14GK102294127SQ201110166090
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者卫福海, 吕树申, 符若文, 陈清林 申请人:肇庆福田化学工业有限公司