专利名称：一种提高隔壁塔热力学效率的方法和隔壁塔的制作方法
技术领域：
本发明涉及化工精馏技术，具体为ー种提高隔壁塔热力学效率的方法和依据该方法设计的隔壁塔。
背景技术：
精馏是化工生产领域中应用最为广泛，同时也是能耗较大的単元操作之一，精馏操作的能耗占整个化工エ业用能的40%左右。因此，提高精馏过程的能源利用效率对于化エエ业节能具有重要意义。隔壁塔精馏技术是解决化工领域中精馏过程能耗高，热力学效率低等问题的有效技术之一。但现有隔壁塔的研究是建立在完全热耦合塔模型基础之上的，忽略了跨壁传热 过程(即忽略预分馏段11与主塔15之间的传热过程，參见图4)，现有隔壁塔的应用是以隔壁5 (參见图I)完全传热的前提下进行的，现有隔壁塔的研究和应用都没有充分利用隔壁5的传热过程、传热方向与传热位置对提高隔壁塔热力学效率的可提升空间，也就是说，现有隔壁塔没有重视跨壁传热的热耦合作用对于提高隔壁塔热力学效率的重要影响，以及以跨壁传热过程作为优化方向来进ー步提高隔壁塔热力学效率的潜力性。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种提高隔壁塔热カ学效率的方法和隔壁塔。本发明方法是通过设计优化隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值，来提高隔壁塔的热力学效率，节能降耗效果明显；本发明隔壁塔依据本发明方法而设计，结构简单，仅通过改进隔壁的传热位置与传热面积，即可使隔壁塔热力学效率明显提高，且节能降耗效果明显。本发明解决所述方法技术问题的技术方案为设计ー种提高隔壁塔热力学效率的方法，该方法包括以下步骤；I)以完全热耦合塔模型作为隔壁塔的基准严格稳态模型；2)对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每ー块塔板，分别由泡点法计算平衡温度和汽液相组成；3)对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每ー块塔板，分别计算汽液相焓值；4)对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每ー块塔板，分别计算汽液相熵增；5)对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每ー块塔板，分别计算有效能损失；6)计算全塔的有效能损失和热力学效率；7)依据步骤2)-6)的计算结果，分别以完全热耦合塔的预分馏段和主塔的最小有效能损失出现的位置为分界点，将分界点以上的部分作为放热段，分界点以下的部分作为吸热段，设计隔壁塔的预分馏段的塔板数与完全热耦合塔的预分馏段的塔板数相等；隔壁塔的主塔的塔板数与完全热耦合塔的主塔的塔板数相等；完全热耦合塔的预分馏段的吸热段或放热段与主塔的放热段或吸热段对应的部分即为隔壁塔的预分馏段的吸热段或放热段与主塔的放热段或吸热段对应的部分，将其对应的部分作为隔壁塔中隔壁的跨壁传热部分，隔壁塔中隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值为2(Γ80% ;所述隔壁总面积是指跨壁传热部分面积与跨壁绝热部分面积之和。本发明解决所述隔壁塔技术问题的技术方案为设计ー种隔壁塔，该隔壁塔以现有隔壁塔为基础，其特征在于该隔壁塔依据权利要求I所述提高隔壁塔热力学效率的方法而设计；该隔壁塔的隔壁由跨壁绝热部分和跨壁传热部分两部分组成，跨壁绝热部分与跨壁传热部分为宽度和厚度一致的长方体，跨壁绝热部分在上，跨壁传热部分在下拼接为所述隔壁的整体，所述跨壁传热部分的高度与隔壁高度的比值为2(Γ80% ;所述的拼接方式采用凹凸槽拼接、螺栓拼接、销拼接、键拼接、铆焊拼接、粘胶拼接或卡箍拼接；所述跨壁绝热部分采用绝热材料、结构绝热材料或涂层绝热材料；所述绝热材料包括下述材料中的一种纤维状绝热材料、散粒状绝热材料、无机微孔状绝热材料、有机微孔状绝热材料、新型绝热材料和复合型绝热材料，根据产品设计要求由导热系数具体选用；所述结构绝热材料包括下述材料中的ー种层状中空结构材料、层状夹心结构材料和热反射薄膜；所述涂层绝热材料是指在跨壁绝热处涂有绝热防火涂料的材料，绝热防火涂料具体为无机绝热防火涂 料、有机绝热防火涂料、防水隔热粉、纳米亚纳米涂层、薄层隔热反射涂料、无机隔热反射墙体涂料、快速固化憎水型硅酸盐复合绝热涂料和恩威尔特CC-100复合型绝热涂层；所述跨壁传热部分采用高导热系数的金属材料或合金材料。与现有技术相比，本发明提高隔壁塔热力学效率的方法和隔壁塔弥补了隔壁塔现有模型研究和实际エ艺中忽略跨壁传热过程的缺陷，通过设计并优化隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值，即可使隔壁塔的热力学效率显著提高，同时降低了精馏过程的能耗和排放，节能环保效果明显，并具有エ艺和结构简単，适于エ业化应用等特点。
图I为本发明隔壁塔一种实施例的整体结构示意图；图2为本发明隔壁塔一种实施例的纵剖截面(图I的A-A剖面)结构示意图；图3为本发明隔壁塔一种实施例的横剖截面(图I的B-B剖面)结构不意图；图4为本发明提高隔壁塔热力学效率方法设计的完全热耦合塔模型结构示意图；图5为本发明隔壁塔一种实施例的隔壁结构示意图。图中，I为隔壁塔的公共提馏段，2为隔壁塔的预分馏段，3为隔壁塔的公共精馏段，4为隔壁塔的塔顶冷凝器，5为隔壁塔的隔壁，6为隔壁塔的主塔段，7为隔壁塔的塔釜再沸器，8为隔壁塔的固定密封板(图2中阴影或斜线部分所示)，9为隔壁5的跨壁绝热部分，10为隔壁5的跨壁传热部分，11为完全热耦合塔的预分馏段，12为完全热耦合塔的公共精馏段，13为完全热耦合塔的主塔段，14为完全热耦合塔的公共提馏段，15为完全热耦合塔的主塔(完全热耦合塔的公共精馏段12、主塔段13、公共提馏段14的加和)，F为进料，D为塔顶出料，S为侧线出料，W为塔釜出料，V为完全热耦合塔的预分馏段11向主塔段13输入的汽相流股，L为完全热耦合塔的主塔段13向预分馏段11输入的液相流股，V’为完全热耦合塔的主塔段13向预分馏段11输入的汽相流股，L’为完全热耦合塔的预分馏段11向主塔段13输入的液相流股，Θ为单个固定密封板与垂直直径所成角度，d为隔壁塔的隔壁5与垂直直径的距离(即隔壁塔的隔壁5的偏心距离)，dl为隔壁5的上端与隔壁塔顶端的距离，d2为隔壁5的下端与隔壁塔底端的距离，d5为隔壁5的高度，d8为固定密封版8的高度，d9为隔壁5的跨壁绝热部分9的高度，dlO为隔壁5的跨壁传热部分10的高度，h5为隔壁5的厚度，h9为隔壁5的跨壁绝热部分9的厚度，hlO为隔壁5的跨壁传热部分10的厚度，w5为隔壁5的宽度，《9为隔壁5的跨壁绝热部分9的宽度，WlO为隔壁5的跨壁传热部分10的宽度，X为水平直径X轴，I为垂直直径I轴。
具体实施例方式下面结合实施例及其附图对本发明作进ー步详细说明本发明设计的ー种提高隔壁塔热力学效率的方法(简称方法，參见图1-5)，该方法包括以下步骤I)以完全热耦合塔模型(參见图4)作为隔壁塔的基准严格稳态模型；2)对完全热耦合塔的预分馏段11与主塔15的每ー块塔板，分别由泡点法计算平衡温度和汽液相组成；3)对完全热耦合塔的预分馏段11与主塔15的每ー块塔板，分别计算汽液相焓值；4)对完全热耦合塔的预分馏段11与主塔15的每ー块塔板，分别计算汽液相熵増；5)对完全热耦合塔的预分馏段11与主塔15的每ー块塔板，分别计算有效能损失;6)计算全塔的有效能损失和热力学效率；7)依据步骤2)-6)的计算结果，分别以完全热耦合塔的预分馏段11和主塔15的最小有效能损失出现的位置为分界点，将分界点以上的部分作为隔壁塔的放热段，分界点以下的部分作为隔壁塔的吸热段，设计隔壁塔的预分馏段2的塔板数与完全热耦合塔的预分馏段11的塔板数相等；隔壁塔主塔的塔板数与完全热耦合塔主塔15的塔板数相等；完全热耦合塔预分馏段11的吸热段或放热段与主塔15的放热段或吸热段对应的部分即为隔壁塔的预分馏段2的吸热段或放热段与主塔的放热段或吸热段对应的部分，将其对应的部分作为隔壁塔中隔壁5的跨壁传热部分10(即确定传热位置)，即得到跨壁传热部分10的高度dlO，则隔壁5的跨壁传热部分10的高度dlO与隔壁5的高度d5的比值范围为20 80%，而且隔壁5的跨壁绝热部分9的宽度《9和跨壁传热部分10的宽度WlO相等，且都等于隔壁5的宽度w5，故隔壁塔中隔壁5的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值范围同样为2(Γ80% ；所述隔壁总面积是指跨壁传热部分的面积与跨壁绝热部分的面积之和；所述隔壁塔的主塔为公共精馏段3、主塔段6与公共提馏段I的加和。本发明同时设计了ー种隔壁塔，该隔壁塔是在现有隔壁塔基础上改进设计的，其特征在于该隔壁塔的隔壁是依据本发明提高隔壁塔热力学效率的方法而设计，根据本发明 方法所述通过调整跨壁传热面积与隔壁总面积的比值来改进设计隔壁塔的隔壁5。本发明隔壁塔所改进设计的隔壁5的特征以及实施方案具体如下(參见图1-5)本发明隔壁塔的隔壁5由跨壁绝热部分9和跨壁传热部分10两部分组成，跨壁绝热部分9与跨壁传热部分10均为宽度和厚度一致的长方体，且跨壁绝热部分9在上，跨壁传热部分10在下拼接成整体的隔壁5(參见图5)，跨壁传热部分10的高度dlO与隔壁5的高度d5的比值为2(Γ80% ;隔壁5的上端与隔壁塔顶端的距离dl ^ O，隔壁5的下端与隔壁塔底端的距离d2 ^ O，但dl与d2不可同时为O，隔壁5的跨壁绝热部分9的宽度《9和跨壁传热部分10的宽度《10相等，且都等于隔壁5的宽度《5，即隔壁5的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值为跨壁传热部分10的高度dlO与隔壁5的高度d5的比值，隔壁5的跨壁绝热部分9的厚度h9和跨壁传热部分10的厚度hlO相等，且都等于隔壁5的厚度h5 ;隔壁5的高度d5由隔壁塔的分离任务决定，隔壁5的宽度w5 (w9或wlO)和厚度h5 (h9或hlO)均由其与固定密封板8的连接位置和強度決定。所述隔壁5的跨壁绝热部分9采用绝热材料、结构绝热材料或涂层绝热材料；所述绝热材料包括下述材料中的一种纤维状绝热材料、散粒状绝热材料、无机微孔状绝热材料、有机微孔状绝热材料、新型绝热材料和复合型绝热材料，根据产品设计要求，可由导热系数(參见表I)来具体选用；所述结构绝热材料包括下述材料中的ー种层状中空结构材料、层状夹心结构材料和热反射薄膜；所述涂层绝热材料是指在跨壁绝热处涂有绝热防火 涂料的材料，绝热防火涂料具体为无机绝热防火涂料、有机绝热防火涂料、防水隔热粉、纳米亚纳米涂层、薄层隔热反射涂料、无机隔热反射墙体涂料、快速固化憎水型硅酸盐复合绝热涂料和恩威尔特CC-100复合型绝热涂层。表I绝热材料的导热系数明细表
权利要求
1.一种提高隔壁塔热力学效率方法，该方法包括以下步骤 1)以完全热耦合塔模型作为隔壁塔的基准严格稳态模型； 2)对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每ー块塔板，分别由泡点法计算平衡温度和汽 液相组成； 3)对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每ー块塔板，分别计算汽液相焓值； 4)对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每ー块塔板，分别计算汽液相熵增； 5)对完全热耦合塔的预分馏段与主塔的每ー块塔板，分别计算有效能损失； 6)计算全塔的有效能损失和热力学效率； 7)依据步骤2)-6)的计算结果，分别以完全热耦合塔的预分馏段和主塔的最小有效能损失出现的位置为分界点，将分界点以上的部分作为放热段，分界点以下的部分作为吸热段，设计隔壁塔的预分馏段的塔板数与完全热耦合塔的预分馏段的塔板数相等；隔壁塔的主塔的塔板数与完全热耦合塔的主塔的塔板数相等；完全热耦合塔的预分馏段的吸热段或放热段与主塔的放热段或吸热段对应的部分即为隔壁塔的预分馏段的吸热段或放热段与主塔的放热段或吸热段对应的部分，将其对应的部分作为隔壁塔中隔壁的跨壁传热部分，隔壁塔中隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值为2(Γ80% ;所述隔壁总面积是指跨壁传热部分面积与跨壁绝热部分面积之和。
2.—种隔壁塔，该隔壁塔以现有隔壁塔为基础，其特征在于该隔壁塔依据权利要求I所述提高隔壁塔热力学效率的方法而设计；该隔壁塔的隔壁由跨壁绝热部分和跨壁传热部分两部分组成，跨壁绝热部分与跨壁传热部分为宽度和厚度一致的长方体，跨壁绝热部分在上，跨壁传热部分在下拼接为所述隔壁的整体，所述跨壁传热部分的高度与隔壁高度的比值为2(Γ80% ;所述的拼接方式采用凹凸槽拼接、螺栓拼接、销拼接、键拼接、铆焊拼接、粘胶拼接或卡箍拼接；所述跨壁绝热部分采用绝热材料、结构绝热材料或涂层绝热材料；所述绝热材料包括下述材料中的ー种纤维状绝热材料、散粒状绝热材料、无机微孔状绝热材料、有机微孔状绝热材料、新型绝热材料和复合型绝热材料，根据产品设计要求由导热系数具体选用；所述结构绝热材料包括下述材料中的ー种层状中空结构材料、层状夹心结构材料和热反射薄膜；所述涂层绝热材料是指在跨壁绝热处涂有绝热防火涂料的材料，绝热防火涂料具体为无机绝热防火涂料、有机绝热防火涂料、防水隔热粉、纳米亚纳米涂层、薄层隔热反射涂料、无机隔热反射墙体涂料、快速固化憎水型硅酸盐复合绝热涂料和恩威尔特CC-IOO复合型绝热涂层；所述跨壁传热部分采用高导热系数的金属材料或合金材料。
3.根据权利要求2所述的隔壁塔，其特征在于所述隔壁的上端与隔壁塔顶端的距离^ 0，隔壁的下端与隔壁塔底端的距离> 0，且所述与隔壁塔顶端的距离和所述与隔壁塔底端的距离不同时为0，所述的隔壁采用固定密封板固定与密封在隔壁塔内；隔壁的高度由隔壁塔的分离任务决定，隔壁的宽度和厚度均由其与固定密封板的连接位置和強度決定。
4.根据权利要求2所述的隔壁塔，其特征在于所述的固定密封板以隔壁塔水平直径为对称轴成对出现，呈矩形体，垂直焊接在隔壁塔的内壁上；将单个固定密封板与垂直直径所成角度设定为θ，Θ的范围为-90° < Θ < +90°，隔壁与垂直直径的距离设定为d，d的范围为O < d <隔壁塔半径，隔壁在隔壁塔中的偏心距离d对应于单个固定密封板与垂直直径所成的特定角度Θ，sin0 I =d/隔壁塔半径；固定密封板的高度与隔壁的高度相等，固定密封板的宽度和厚度由与隔壁的连接位置和強度決定。
全文摘要
本发明涉及一种提高隔壁塔热力学效率方法和隔壁塔。本发明方法弥补了隔壁塔现有模型研究和实际工艺中忽略跨壁传热过程的缺陷，通过设计优化隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值，充分利用隔壁的传热过程、传热方向与传热位置，可显著提高隔壁塔的热力学效率，同时降低精馏过程的能耗和排放，节能环保效果明显；本发明隔壁塔以现有隔壁塔为基础，其特征在于该隔壁塔的隔壁由跨壁绝热部分和跨壁传热部分两部分组成，跨壁传热部分的面积与隔壁总面积的比值依据本发明所述提高隔壁塔热力学效率的方法而设计；隔壁塔中隔壁的跨壁传热面积与隔壁总面积的比值为20~80%。
文档编号B01D3/14GK102657949SQ20121014231
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月9日 优先权日2012年5月9日
发明者方静, 李春利, 王宝东, 祁建超, 胡雨奇 申请人:河北工业大学