一种隔板塔的气相分配装置的制作方法

本发明涉及化学工程精馏分离领域，具体为一种隔板塔的气相分配装置。

背景技术：

精馏是化工生产中一项能耗很高的单元操作，据统计资料显示，其能耗占到石化行业生产总能耗的一半左右。因此精馏过程的节能研究有着十分重要的意义。近几十年来基于完全热耦合蒸馏原理开发的隔板塔已成功获得工业应用。隔板塔的主要特征是塔内存在一块或多块隔板，将塔内分成若干个独立的气液接触区域或空间，每一个区域针对不同的关键组分完成不同的分离任务(主要控制本区域内最容易分离开的轻重组分浓度而中间组分浓度则允许在本区域顶部和底部有一定自由度的分配)，通过层层分离、逐步细化，最终得到纯度很高的多个产品。故隔板塔可看作是传统多组分分离的多塔序列借助于隔板而集成在一个塔内。这样，不仅能耗大大节省，而且可以节省蒸馏塔及其附属设备，如再沸器、冷凝器、塔顶回流泵及管道，占地面积也相应减少。

隔板塔从其概念提出到工业应用，经历很长一段发展时期，究其原因主要是热耦合引起的系统复杂度增加，给其设计、操作和控制等方面带来严重困难。其中隔板塔内部互联气液流股的分配及实现就是一个非常重要的影响因素。研究表明，液体和气体分配比存在一个优化操作区，在该区域内操作对应于最低能耗。如果隔板塔未在其最优气液分配比下运行，则其节能优势就会变弱甚至完全丧失。

目前，普遍采用气体在隔板两侧自由分配的方式，自由分配的比值是由隔板塔内部构件如填料高度、塔板层数、流动通道面积等和塔内的操作工况决定的，塔底的上升气体将遵循左右两侧压降相等的规律自动地分配到隔板两侧。由于进料组成和状态的变化以及液体的分配比例等都会成为影响气体分配的重要因素，因而在隔板两侧自动分配的气体流量比值常常不能达到隔板塔最优的操作状况。

中国专利CN105498268A公开了一种隔板塔气相流量控制方案，利用一台自循环泵控制隔板塔一侧塔板上的液位，制造隔板两侧不同的压力降，以实现隔板两侧塔盘上压力的不同。因气相流体经过塔板时会产生相应的压降，通过控制隔板塔两侧压降的不同，对隔板两侧气相流量进行相应的控制。该装置只是通过控制压降来调节气相流量，也是相当于在隔板两侧自由分配，自由分配的比值并不能精确控制。

中国专利CN205145640U公开了一种用于分壁精馏塔的气体分配装置，该装置通过流量测量装置测量进气通道内气体的实际流量，然后根据流量通过控制器调节装在进气通道上的隔板开孔面积，最终调节气体的流量。该装置只是调节隔板两侧的气体流量，而气体的波动情况很容易影响到流量的测量从而影响气体的分配。同时该装置并未考虑到压降问题，压降是影响隔板塔分离效率的最重要因素之一。

技术实现要素：

针对目前工业生产中隔板塔气体分配难以控制以及隔板两侧自动分配的气体流量比值常常不能达到隔板塔最优操作状况的问题，本发明拟解决的技术问题是，提供一种隔板塔的气相分配装置，该装置可以控制进入隔板塔两侧气体的量，同时可以很好地解决隔板塔的气体调配以及气体分布问题。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种隔板塔的气相分配装置，其特征在于该装置包括液位自动控制系统、气体分布器、压降调节板和带有升气管道塔板，所述带有升气管道塔板设置在隔板塔内，且位于塔内填料下方，压降调节板位于带有升气管道塔板上方，带有升气管道塔板的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，气体分布器和压降调节板与隔板塔塔壁之间在两侧均设有间隙，在压降调节板和带有升气管道塔板之间、且位于隔板塔外部设置液位自动控制系统；在位于压降调节板和带有升气管道塔板之间的隔板上设置长孔。

所述带有升气管道塔板位于隔板塔预分馏段的区域设有若干数量的开孔，每个开孔上都加有升气管道；所述压降调节板位于预分馏段与主分馏塔段的区域内均设有开孔，且位于预分馏段的区域的总开孔面积小于位于主分馏段的区域的总开孔面积，使得气体通过分配装置以后隔板两侧压差保持一致。

一种隔板塔，该隔板塔安装有上述的气相分配装置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明装置结构简单、操作灵活、经济实用，同时易于控制与安装。当前的隔板塔普遍采用气体在隔板两侧自由分配的方式，而本发明装置可以自动控制隔板塔两侧气体量的分配；由于进料组成和状态的变化以及液体的分配比例等都会影响气体分配，当隔板两侧液体的分配比例发生变化时，此装置可以根据液体的变化情况自动调节气体的分配状况，从而使隔板两侧一直处于隔板塔最优操作状况，节省了原料以及能源的浪费。

2)本发明气体分配装置由于液位自动控制系统装在压降调节板与带有升气管道塔板之间，可以精确控制液位的高低，以便对隔板精馏塔隔板两侧的气体流量进行精确分配，并对出气体分配装置的气体进行了预分布，使上升气体更均匀，装置体积小，操控简便，取得了较好的技术效果。

3)本发明气体分配装置通过带有升气管道塔板3上液位高度控制进气量，可以小幅度改变气流流量，也可以大幅度调整进气孔的面积，进而大幅度调整隔板两侧的流量，因而该方法的操作弹性很大。

4)本发明的气体分配装置具有独立的气体、液体通道，进入到该装置中的气、液两相分别通过各自的通道流通，避免了液体与气体接触后产生雾沫夹带以及液泛等不良影响。

5)本发明的气体分配装置具有集气体调配和气体分布于一体的调节优势，塔中隔板上的长孔解决了隔板两侧的气体分配问题；气体分布器使得气体分配以后分布更加均匀，同时解决了隔板塔隔板两侧气体调配和气体分布不均匀的难题。

附图说明

图1为本发明隔板塔的气相分配装置安装的结构简图；

图2为本发明隔板塔的气相分配装置一种实施例的带有升气管道塔板3的结构示意图；

图3为本发明隔板塔的气相分配装置一种实施例的压降调节板2的结构示意图；

图4为本发明隔板塔的气相分配装置一种实施例的隔板4的结构示意图；

图中，1—气体分布器；2—压降调节板；3—带有升气管道塔板；4—隔板；5—液位自动控制系统。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步详细叙述本发明，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。

本发明隔板塔的气相分配装置(简称装置，参见图1-4)包括液位自动控制系统5、气体分布器1、压降调节板2和带有升气管道塔板3，所述带有升气管道塔板3设置在塔内，且位于塔内填料下方，压降调节板2位于带有升气管道塔板3上方，气体分布器1位于压降调节板2的上方，带有升气管道塔板3的边缘与隔板塔的塔壁封闭连接，气体分布器1和压降调节板2与隔板塔塔壁之间在两侧均设有间隙，在压降调节板2和带有升气管道塔板3之间，且位于隔板塔外部设置液位自动控制系统5；在位于压降调节板2和带有升气管道塔板3之间的隔板4(参见图4)上设置长孔，长孔的开孔面积根据实际的生产要求来设定，气体由升气管道进入隔板塔内的同时一部分进入预分馏塔段，另外一部分则由长孔进入主分馏塔段；

所述带有升气管道塔板3位于隔板塔预分馏段的区域设有若干数量的开孔(参见图2)，每个开孔上都加有升气管道，位于主分馏段的区域封闭，即不开孔；所述压降调节板2(参见图3)位于预分馏段与主分馏塔段的区域内均设有开孔，且位于预分馏段的区域的总开孔面积小于位于主分馏段的区域的总开孔面积，使得气体通过分配装置以后隔板4两侧压差保持一致。

本发明的进一步特征在于所述液位自动控制系统5采用RHFA液位控制仪。

本发明的进一步特征在于所述隔板4开有长孔的位置上设有除雾沫装置。

本发明还保护一种安装有上述的气相分配装置的隔板塔。

本发明气相分配装置的工作原理及过程是：通过液位自动控制系统对回流到塔内的流量进行控制，从而控制着带有升气管道塔板3上的液位高度，带有升气管道塔板3上液位高度的变化来调节隔板4所开长孔的截面积，最终效果相当于调节隔板4上长孔的截面积来调节进入(本发明装置中隔板4上长孔的面积在设计初已经确定，只是由于带升气管道塔板3上液位高度的不同，导致结果相当于长孔面积改变)主分馏段的气体的量；气体通过隔板4的量由带有升气管道塔板3上的液位控制，液位高低由液位自动控制系统5调节，液体通过液位自动控制系统5回流到塔釜进行循环；当隔板左右两侧液体分配比例变化时，可以调节带有升气管道塔板3上液位的高度使两侧的进气量随之变化，保持两侧压降一样；在隔板4上的长孔处有除雾沫装置，防止气速过大引起的雾沫夹带。压降调节板上方的气体分布器，使得分配以后的气体分布更加均匀，进入隔板塔后气液接触更加完全。

本发明的气体分配装置上升气体自升气管道向上运动，而下降液体则经过气体分布器1沿气体分布器1和压降调节板2与隔板塔塔壁之间两侧的间隙沿向下流动，因此上升气体和下降液体具有各自独立的气体通道和液体通道，进入到该装置中的气、液两相分别通过各自的通道流通，避免了液体与气体接触后产生雾沫夹带以及液泛等不良影响。

本发明装置在普通隔板塔底部的隔板进行开孔，通过在带有升气管道塔板上的液位高度对通过隔板的气体流量进行控制，即可对两侧的气体分配做到人为控制，同时当液体分布器的液体流量变化时，气体的量可以随之变化，使得隔板两侧的压降保持一致，可以使隔板塔一直处于高效运行状态。

本发明中带有升气管道塔板3可以是一个普通的塔板，只在位于预分馏段区域内开孔，开孔率的多少于具体所要分离的物料种类及组成有关，当要分离空气和水时，开孔率控制在4％较佳，其上升气管道的高度要尽量高一些，至少要高于带有升气管道塔板3上的液位高度，防止液体从升气管道向下流出；带有升气管道塔板3在主分馏段的区域内封闭。

压降调节板2用了调节隔板4两侧压差。精馏塔整个塔的压降是衡量塔性能的一个重要指标，而在隔板塔中，一般塔底的上升气体将遵循左右两侧压降相等的规律自动地分配到隔板两侧，但是由于进料组成和状态的变化以及液体的分配比例等因素，使隔板两侧压降并不能达到隔板塔最优操作状况，压降调节板2在预分馏段的开孔面积小于在主分馏段的开孔面积，两个区域不同的开孔面积使得通过预分馏段的压降与气体通过隔板到主分馏段的压降相同。

实施例1

本实施例隔板塔的气相分配装置包括液位自动控制系统5、气体分布器1、压降调节板2和带有升气管道塔板3，所述带有升气管道塔板3设置在塔内，且位于塔内填料下方，压降调节板2位于带有升气管道塔板3上方，气体分布器1位于压降调节板2的上方，气体分布器1、压降调节板2和带有升气管道塔板3的边缘均与隔板塔的塔壁连接，在压降调节板2和带有升气管道塔板3之间，且位于隔板塔外部设置液位自动控制系统5；在位于压降调节板2和带有升气管道塔板3之间的隔板4上设置长孔，气体由升气管道进入隔板塔内的同时一部分进入预分馏塔段，另外一部分则由长孔进入主分馏塔段；

所述带有升气管道塔板3位于隔板塔预分馏段的区域设有若干数量的开孔，每个开孔上都加有升气管道，位于主分馏段的区域封闭，即不开孔；所述压降调节板2位于预分馏段与主分馏塔段的区域内均设有开孔，且位于预分馏段的区域的开孔面积小于位于主分馏段的区域的开孔面积，使得气体通过分配装置以后隔板4两侧压差保持一致。

将本实施例装置安装在一直径为570mm的冷膜塔中，带有升气管道塔板3在预分馏段的开孔为7个直径50mm圆形孔，开孔上的升气管道由直径为50mm，高度为300mm的圆管构成，升气管道焊接在对应的开孔处；压降调节板2在预分馏段区域内的开有一个直径为70mm的圆形开孔，在主分馏段区域内的开有两个直径为70mm的圆形开孔；隔板4上开的长孔的高度为200mm，长度为100mm，该长孔控制着进主分馏段的气体流量。

本实施例所要分配的物料为空气和水的混合物，下面是本实施例在空塔气速为1m/s时得到的实验数据：

通过以上数据，可以更加直观的看到气体流量在两侧的分配比，空塔气速1m/s时，随着液位的升高，气相流量通过主分馏段的流量越来越少，分配比由0.7减少到0.3，而预分馏段的气相流量则从0.3上升到0.7；故而本实施例装置可以对隔板塔两侧气相流量的分配精确控制。

本发明气体分配装置通过液位高度控制通过隔板的气体量，使得隔板两侧的气体量比值由0.7:0.3可以转变为0.3:0.7，而在工业生产中，隔板两侧的气体量比值变化不会有这么大，故此装置的操作弹性完全可以满足工业生产的气体分配要求，可以严格的控制隔板两侧的气体量。

本发明未述及之处适用于现有技术。