一种可改变理论塔板数的实验用精馏塔的制作方法

专利名称:一种可改变理论塔板数的实验用精馏塔的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可改变理论塔板数的实验用精馏塔，包括塔釜、塔身和塔顶，塔釜与塔身的底端连接，塔顶则连接在塔身的顶端，所述塔身包括数个塔节，相邻两个塔节通过连接段可拆卸连接，每个塔节内填充有填料。该精馏塔可通过安装不同的塔节数、选择不同规格的填料及填装不同高度的填料层，可获得不同理论塔板数的精馏塔。可组建连续精馏系统及间歇精馏系统，满足实验室多种精馏分离试验的需要。
【专利说明】一种可改变理论塔板数的实验用精馏塔

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种精馏塔，尤其涉及一种可改变理论塔板数的实验用精馏塔。

【背景技术】
[0002]填料塔是化工分离操作中常用的传质设备，其工作原理是利用填料所具备的较大表面积，在填料表面被润湿的条件下，液体会沿填料表面自动延伸，在填料塔操作中，气体从塔下部经填料间的间隙向上流动，液体经分布器分散后进入填料层，并沿填料表面展开，呈薄膜状往下流动，从而使气液之间获得较大的接触面积，达到气液之间充分物质交换的目的。
[0003]精馏塔主要包括两种类型，一类是化工生产中使用的精馏装置，该类装置通常是连续生产装置，系统组成主要包括进料泵、精馏塔、塔顶冷凝器、回流罐、回流泵、塔顶产品泵、重沸器、釜料泵等，生产装置一般需要具有较大的生产能力，其精馏塔通常采用塔式塔、规整填料塔、大尺寸散装填料塔等。这些精馏塔的塔板效率较低，需要精馏塔的高度很高，占用空间很大，由于需要较大的生产能力，各输送泵通常采用离心泵，流量控制通过调节泵出口阀门的开度调节，流量调节的精确度较低，因此生产上所使用的精馏装置一般不适合实验室的小型精馏试验。另一类精馏装置是实验室用的间歇精馏装置。由精馏釜、精馏塔、塔顶冷凝管、回流比分配器、顶料接收瓶组成，在进行精馏试验时，一次性把处理的物料投入精馏釜中，并对精馏釜进行加热，釜内物料部分汽化，蒸汽进入精馏塔，从塔顶塔流出，进入冷凝管，冷凝成液体，冷凝液经回流比分配器分配后，一部分液体从精馏塔顶返回精馏塔，提供回流液体，一部分冷凝液进入顶料接收瓶，作为精馏产品，由于间歇精馏过程中，釜料的组成不断地在变化，与生产装置连续精馏操作存在较大差别，因此间歇精馏装置不能完全模拟生产装置的操作。
[0004]在实验室精馏试验装置中，为了在较低的塔体高度上获得更多的理论塔板数，通常采用小尺寸的高效散装填料，这类填料的塔板效率很高，但当塔径过大或填料层高度过高时，由于液体在填料表面的分布不均匀，塔板效率会急剧下降。现有的实验室精馏塔一般只有一段填料层，其有效填料高度有限，难以满足多理论塔板精馏的试验要求。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的旨在提供一种结构简单，制造成本低，可改变理论塔板数的实验用精馏塔。
[0006]本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现:一种可改变理论塔板数的实验用精馏塔，包括塔釜、塔身和塔顶，塔釜与塔身的底端连接，塔顶则连接在塔身的顶端，所述塔身包括数个塔节，相邻两个塔节通过连接段可拆卸连接，每个塔节内填充有填料。
[0007]所述塔节的底部设有用于支撑填料的筛网，顶部设有液体再分布器，其中下部则设置一伸入塔节内腔的内温检测温度计插管，该内温检测温度计插管的前端靠近塔节的中心线位置，其内部插有温度计。
[0008]本实用新型可做以下改进:所述塔节外壁上由内至外依次设内保温层、电加热套和外保温层，所述内保温层与电加热套之间具有间距，在该间距内设置外温检测温度计插管，用于安插温度计检测电加热套的加热温度。所述外温检测温度计插管内插有温度计，所述外温检测温度计插管和内温检测温度计插管内的温度计均与电加热套的加热控制器连接，加热控制器根据温度计反馈的温度来调整加热功率，以控制外壁温度，使外温比内温低2 °C左右，达到保温目的。
[0009]所述连接段为一圆筒，内径与塔节内径相等，外壁设有保温套，连接段设有进料管和温度计插管，所述进料管和温度计插管均伸入连接段的内腔内且前端靠近连接段的中心线位置，所述温度计插管其内部插有温度计。
[0010]所述液体再分布器包括用于将再分布器安装在填料塔内的支撑板和用于液体导流的导流板，所述支撑板为一内径与填料塔内径相等的水平设置的环形板，所述导流板为一环形板且其内侧边开有若干个半圆形缺口，呈内齿轮状，所述导流板的外侧边与支撑板的内侧边连接，而板体则倾斜向下。该液体再分布器由支撑板安装在填料塔内，沿塔壁流下的液体被转向进入导流板表面，并沿导流板表面流向齿尖，从齿尖滴下，实现塔内液体的重新分布。而导流板上的半圆形缺口为气相流通提供更大的流通面积，使气相的向上流动不受影响。在小型填料塔内安装该液体再分布器，消除了填料层高度增加对塔板效率的影响，使精馏塔可以通过增加填料高度获得更多的理论塔板数。
[0011]所述导流板的的底部边缘圆周的直径为填料塔内径的70%。
[0012]所述半圆形缺口的半径比导流板的圆环宽度短f2mm。所述导流板与水平面的夹角α为30?60。。
[0013]所述支撑板的宽度为4?6mm。
[0014]所述支撑板和导流板的厚度0.25、.5mm。
[0015]所述塔釜侧壁的上部与下部各设置一根液位检测引压管，所述两根引压管分别与塔釜的气相空间和液相空间连通，塔釜底部设有釜料出料管，上部设有插入釜腔内且延伸至塔釜底部的温度计插管，塔釜外壁由内至外依次套设加热夹套和保温层；所述温度计插管插有温度计，所述温度计与加热夹套的加热控制器连接，加热控制器根据温度计反馈的温度来调整加热功率，以控制塔釜温度。
[0016]所述塔釜的加热夹套由釜温控制仪表控制，釜温控制仪表可设置为自动或手动操作，当设置为手动操作时，由操作人员直接给定加热功率，当设置为自动操作时，仪表通过调节加热功率把釜温控制在设定的温度。
[0017]本实用新型所述的填料可根据理论塔板数的要求，选择Φ2Χ2、6Χ6的不同规格Θ型不锈钢丝网填料。需要获得较多理论塔板数的时候，选用小尺寸填料，如Φ2Χ2填料，由于该类填料的效率对所在精馏塔的尺寸十分敏感，即当塔内径大于一定数值或单层填料高度大于一定数值时，填料的效率会急剧下降，因此本发明的塔节尺寸必须与填料相匹配，经反复考察，塔节内径优选3(T50mm,塔节高度优选40(T500mm。
[0018]所述塔釜还设有可防堵塞的压差式液位计，包括具有低压腔和高压腔的压差计，压差计设有与低压腔连通的低压腔接口和与高压腔连通的高压腔接口，压差计上设有显示仪表，用于显示塔釜内的液位，所述低压腔接口连接低压管线，用于与塔釜的下引压管连接从而使低压腔与塔釜的液相空间连通，所述高压腔接口连接高压管线，用于与塔釜的上引压管连接从而使高压腔与塔釜的气相空间连通，所述高压管线连接一加液管路，用于往高压管线加入与塔釜中的介质不相容的溶剂，所述高压管线用于与塔釜上部气相空间连接的那一端沿溶剂流动方向依次设上放空阀和塔壁阀。
[0019]作为本实用新型的一个实施例，所述加液管路由加液漏斗和设有加液阀的加液管构成，加液漏斗的出液口与加液管连接，加液阀则设于靠近加液漏斗出液口的位置。
[0020]所述的高压管线上设有下放空阀，该下放空阀设有高压管线与压差计的高压腔接口连接的那一端，用于放空高压管线内的溶剂。
[0021]本实用新型通过把压差计的高压腔连接塔釜上部的气相空间，把压差计的低压腔连接塔釜下部的液相空间，在高压腔管线中充入高密度并且与塔釜内介质不相溶的液体，从压差计测到的压差经过换算:AP=h总d填充液-d介质即可测得塔釜内介质液位的高度。
[0022]使用操作步骤，把塔壁阀关闭，把下放空阀关闭，把上放空阀打开，把加液阀打开。从加液管的漏斗加入填充液，直至管路装满，填充液从上放空阀流出，然后关闭上放空阀，关闭加液阀，打开塔壁阀。对显示仪表进行设置，当塔釜内介质液位处于下部连接口时，压差计的压差为:AP=h,e、,当塔爸内介质液位处于上部连接口时,压差计的压差为:
AP=h总(d填充液-d介质)，压差的变化'泡围在h总d填充液到h总(d填充液-d介质)之间，设直显示仪表的显示范围与压差的变化范围相同，并把压差为h,6 Cli^a时的读数设定为0%，把压差为h,6(d填充液-d介质)时的读数设定为100%，即可通过显示仪表直接读出塔釜内液位的高度。
[0023]本实用新型的填充液可根据被测容器内介质的性质进行选择，当容器内介质为油溶性物质时，可选用甘油，二乙二醇，聚乙二醇，水溶性硅油等，当容器内介质为水溶性物质时，可选用油溶性硅油等。
[0024]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0025](I)本实用新型提供精馏塔主要由塔釜、塔身和塔顶构成，塔身则由数个塔节通过连接段连接构成，使用中可根据试验需要，选择1飞个塔节进行组装精馏塔，通过安装不同的塔节数、选择不同规格的填料及填装不同高度的填料层，可在整塔高度2飞米获得1(Γ90块理论塔板的精馏塔，使得精馏更为接近生产线上大型设备中的精馏塔的精馏过程。
[0026](2)本实用新型采用高效的Θ型不锈钢丝网填料及与之匹配的塔节尺寸，可在较小的填料层高度上获得较多的理论塔板数，使精馏塔的理论塔板数与大型精馏塔的理论塔板数更为接近，能更好地模拟大生产中精馏生产。
[0027](3)本实用新型的每个塔节均装有独立的电加热保温系统，消除了塔壁散热对塔闻的限制。
[0028](4)本实用新型采用了开有半圆形缺口的内齿轮式塔内液体再分布器，在实现液体再分布的同时不影响气体流动，消除了因为塔高的增加对填料塔板效率的影响，因此可通过增加塔高获得更多的理论塔板。
[0029](5)本实用新型的连接段上装有进料管，可通过在塔中部进料，可根据实验室多种精馏分离试验的需要组建连续精馏系统及间歇精馏系统。
[0030](6)本实用新型使用了一种防止气相端管路液体进入的压差式液位计，其构造是把压差计的高压腔经高压管线连接被测容器上部的气相空间，把压差计的低压腔经低压管线连接被测容器下部的液相空间，在高压管线中充入高密度并且与容器内介质不相溶的液体，从压差计测到的压差经换算式Λ P=h总d填充液-h介质d條换算成液位的高度，由于在高压管线中充满了高密度液体。防止了气相中可凝气进入并冷凝而影响液位计工作。

【附图说明】

[0031]图1是本实用新型实施例的精馏塔的结构示意图。
[0032]图2是本实用新型实施例的塔节的剖视图。
[0033]图3是本实用新型实施例的塔节的电加热套的温控示意图。
[0034]图4是本实用新型实施例的连接段的剖视图。
[0035]图5是本实用新型实施例的塔釜的剖视图。
[0036]图6是本实用新型实施例的液体再分布器的俯视图。
[0037]图7是图6的A— A向截面图。
[0038]图8是本实用新型实施例的可防堵塞的压差式液位计的结构示意图。

【具体实施方式】
[0039]图f7所示的可改变理论塔板数的实验用小型精馏塔是本实用新型的实施例，包括塔釜3、塔身和塔顶，塔釜3与塔身的底端连接，塔顶则连接在塔身的顶端，塔身包括数个塔节I，相邻两个塔节I通过连接段2可拆卸连接，塔节I与连接段2通过法兰4连接。每个塔节I内填充有填料。填料可根据理论塔板数的要求，选择Φ2Χ2?Φ6Χ6的不同规格Θ型不锈钢丝网填料。
[0040]塔节I为圆筒状，径为3(T50mm，高度为40(T500mm，其底部设有用于支撑填料的筛网13，顶部设有液体再分布器11，中下部则设置一伸入塔节内腔的内温检测温度计插管12，该内温检测温度计插管12的前端靠近塔节I的中心线位置，其内部插有温度计6。
[0041]塔节I外壁上由内至外依次设内保温层14、电加热套15和外保温层，内保温层14与电加热套15之间具有间距，在该间距内设置外温检测温度计插管16，用于安插温度计6检测电加热套15的加热温度，内温检测温度计插管12的位于塔外的一端穿过内保温层14、电加热套15和外保温层后伸出。外温检测温度计插管16内插有温度计6。外温检测温度计插管6和内温检测温度计插管12内的温度计均与电加热套15的加热控制器连接，加热控制器根据温度计反馈的温度来调整加热功率，以控制外壁温度，使外温比内温低2°C左右，达到保温目的。
[0042]连接段2为圆筒状，内径与塔节I内径相等，高度为60_。外壁设有保温套21，连接段2设有进料管22和温度计插管23，进料管22和温度计插管23均伸入连接段2的内腔内且前端靠近连接段2的中心线位置。温度计插管23其内部插有温度计6。
[0043]如图6和7所示，液体再分布器11由用于将再分布器安装在填料塔内的支撑板111和用于液体导流的导流板112流构成。其中，支撑板111为一内径与填料塔内径相等的水平设置的环形钢板，宽度为4飞mm,厚度0.25、.5mm。导流板112为环形钢板且其内侧边开有若干个半圆形缺口 1121，呈内齿轮状。导流板112的外边缘与支撑板111的内边缘连接，而板体则倾斜向下。导流板112的内边缘圆周的直径为填料塔内径的70%。其半圆形缺口 1121的半径比导流板112的圆环宽度短f 2mm。导流板112与水平面的夹角α为30°，厚度 0.25?0.5mm。
[0044]塔釜3上部与下部各设置一条液位检测引压管，两根引压管分别与塔釜3的气相空间和液相空间连通，与气相空间连通的为上引压管31，与液相空间连通的为下引压管36。塔釜3底部设有釜料出料管32，上部设有插入釜腔3内且延伸至接近塔釜3底部的位置的温度计插管33，温度计插管33内插有温度计6。塔釜3外壁由内至外依次套设加热夹套34和保温层35。
[0045]塔节I的电加热套15和塔釜3的加热夹套34分别由釜温控制仪表5控制，釜温控制仪表5可设置为自动或手动操作，当设置为手动操作时，由操作人员直接给定加热功率，当设置为自动操作时，仪表通过调节加热功率把釜温控制在设定的温度。各温度计与釜温控制仪表5连接，釜温控制仪表5根据各温度计6反馈的温度来调整加热功率，以控制塔内和塔釜温度。
[0046]本实施例还包括可防堵塞的压差式液位计，包括具有低压腔和高压腔的压差计71，压差计71设有与低压腔连通的低压腔接口 72和与高压腔连通的高压腔接口 73，低压腔接口 72连接低压管线75，用于与塔釜3的下引压管36连接从而使低压腔与塔釜3的液相空间连通，高压腔接口 73连接高压管线76，用于与塔釜3的上引压管31连接从而使高压腔与塔釜3的气相空间连通，压差计I上设有显示仪表74，显示塔釜3内的液位。高压管线76连接一加液管路，用于往高压管线76加入与塔釜3中的介质不相容的溶剂，高压管线76用于与容器上部气相空间连接的那一端沿溶剂流动方向依次设上放空阀77和塔壁阀78。加液管路由加液漏斗711和设有加液阀710的加液管712构成，加液漏斗711的出液口与加液管712连接，加液阀710则设于靠近加液漏斗711出液口的位置。高压管线76上设有下放空阀79，该下放空阀79设于高压管线76与压差计71的高压腔接口 73连接的那一端，用于放空高压管线76内的溶剂。
[0047]压差计71的高压腔通过高压管线76连接塔釜3上部的气相空间，把压差计71的低压腔通过低压管线75连接塔釜3下部的液相空间，在高压管线76中充入高密度并且与塔釜3内介质不相溶的液体，从压差计71测到的压差经过换算:AP=h总d填充液-h介质d介质即可测得容器内介质液位的高度。
[0048]使用操作步骤，把塔壁阀78关闭，把下放空阀79关闭，把上放空阀7打开，把加液阀710打开。从加液管712的漏斗加入填充液，直至高压管线76装满，填充液从上放空阀77流出，然后关闭上放空阀77，关闭加液阀710，打开塔壁阀78。对显示仪表74进行设置，当塔釜3内介质液位处于下部连接口时，压差计的压差为:AP=h总，当塔釜3内介质液位处于上部连接口时，压差计71的压差为:Λ P=h总(d填充液-d介质)，压差的变化范围在h总d填充液到h总(d填充液-d介质)之间，设置显示仪表74的显示范围与压差的变化范围相同，并把压差为h总d填充液时的读数设定为0%，把压差为h总(d填鎌-d介质)时的读数设定为100%,即可通过显示仪表74直接读出容器内液位的高度。
[0049]本实用新型的填充液可根据被测容器内介质的性质进行选择，当容器内介质为油溶性物质时，可选用甘油，二乙二醇，聚乙二醇，水溶性硅油等，当容器内介质为水溶性物质时，可选用油溶性硅油等。
[0050]本实用新型可用其他的不违背本实用新型的精神或主要特征的具体形式来表述。本实用新型的上述实施方案都只能认为是对本实用新型的说明而不是限制，因此凡是依据本实用新型的实质技术对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。
【权利要求】
1.一种可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，包括塔釜、塔身和塔顶，塔釜与塔身的底端连接，塔顶则连接在塔身的顶端，所述塔身包括数个塔节，相邻两个塔节通过连接段可拆卸连接，每个塔节内填充有填料。2.根据权利要求1所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述塔节的底部设有用于支撑填料的筛网，顶部设有液体再分布器，中下部则设置一伸入塔节内腔的内温检测温度计插管，该内温检测温度计插管的前端靠近塔节的中心线位置，其内部插有温度计。3.根据权利要求2所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述塔节外壁上由内至外依次设内保温层、电加热套和外保温层，所述内保温层与电加热套之间具有间距，在该间距内设置外温检测温度计插管，用于安插温度计检测电加热套的加热温度；所述外温检测温度计插管内插有温度计，所述外温检测温度计插管和内温检测温度计插管内的温度计均与电加热套的加热控制器连接，加热控制器根据温度计反馈的温度来调整加热功率。4.根据权利要求1或2或3所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述连接段的内径与塔节内径相等，外壁设有保温套，所述连接段设有进料管和温度计插管，所述进料管和温度计插管均伸入连接段的内腔内且前端靠近连接段的中心线位置。5.根据权利要求4所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述液体再分布器包括用于将再分布器安装在填料塔内的支撑板和用于液体导流的导流板，所述支撑板为一内径与填料塔内径相等的水平设置的环形板，所述导流板为一环形板且其内侧边开有若干个半圆形缺口，呈内齿轮状，所述导流板的外侧边与支撑板的内侧边连接，而板体则倾斜向下。6.根据权利要求5所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述导流板的内边缘圆周的直径为填料塔内径的70%。7.根据权利要求5所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述半圆形缺口的半径比导流板的圆环宽度短f2mm;所述导流板与水平面的夹角α为30飞0°。8.根据权利要求5或6或7所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述支撑板的宽度为4?6mm。9.根据权利要求8所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述支撑板和导流板的厚度0.25、.5mm。10.根据权利要求1所述的可改变理论塔板数的实验用精馏塔，其特征在于，所述塔釜侧壁的上部与下部各设置一根液位检测引压管，所述两根引压管分别与塔釜的气相空间和液相空间连通，塔釜底部设有釜料出料管，上部设有插入釜腔内且延伸至塔釜底部的温度计插管，塔釜外壁由内至外依次套设加热夹套和保温层；所述温度计插管插有温度计，所述温度计与加热夹套的加热控制器连接，加热控制器根据温度计反馈的温度来调整加热功率，以控制塔釜温度。
【文档编号】B01D3-32GK204275547SQ201420597973
【发明者】廖定满, 黄艳芳, 王家华, 骆新平, 卢振旭, 周小群, 邓翠花, 陈小菊, 谭伟红, 梁红梅, 叶宁涟, 孙望平, 谢正良, 梁胡 [申请人]中国石油化工股份有限公司