一种改进的隔壁塔气相分配比调节装置及隔壁塔的制作方法

本实用新型涉及化学工程精馏分离技术领域，具体为一种改进的隔壁塔的气相分配比调节装置及隔壁塔。

背景技术：

在化工生产过程中，分离是非常重要的一个过程单元，工业生产中占据着主导地位的分离方法就是精馏，精馏是利用混合物中各组分挥发度的不同进行分离的操作单元，具有独特的优势。据统计，化工过程中50％～90％的能耗用于分离，而精馏能耗又占据其中的95％，精馏过程的节能研究有着十分重要的意义。隔壁塔作为一种新型精馏塔，对于多组分精馏具有低能耗和低成本的巨大优势。在精馏塔的中部，沿塔的纵向设置一块隔板5，由隔板将精馏塔中部分成预分馏塔段3和主塔段2，上部为公共精馏塔段1，下部为公共提馏段4，公共精馏塔段1、预分馏塔段3、主塔段2和公共提馏段4构成隔壁塔(参见图1)。

在隔壁塔的设计中，液相分配比(即预分馏塔段3下降的液体流量与公共精馏段1下降的液体流量的比值)和气相分配比(即预分馏塔段3上升的气体流量与公共提馏段4上升的气体流量的比值)对隔壁塔处于最佳操作区域，即发挥最佳节能优势具有重要意义。目前，由于隔板两侧气体分配调节存在复杂性，现有研究和工业生产中常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壁塔内部构件和塔内的操作条件决定的，即忽略气相分配比的控制。这就造成隔壁塔的节能优势大大削弱，稳态模型、动态模型与实际操作无法较好对应等一系列问题。CN106823439A中公开了一种隔壁塔气体调节的装置及控制方法。该装置的气体分配的过程是：来自公共提馏段的气体首先在隔壁塔内部根据塔内部构件和塔操作条件初次分配，然后该装置对初次分配的气体再分配。该装置主要应用了科恩达原理，在气体出口处会造成气体局部压力较高，使气体分布不均匀，且该装置仅能够调节气体分配比范围在0.5-1.0之间，不能满足工业中气体分配比的需要。

技术实现要素：

针对目前公开的专利CN106823439A中提出的隔壁塔气体调节装置的气体分布不均匀和分配比调节范围窄的问题，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种改进的隔壁塔气相分配比调节装置。该装置安装在隔壁塔的公共提馏段的上端，能控制进入隔壁塔两侧气体量，很好地解决隔壁塔的气体调配的问题，改进的气体分配比调节装置的对称结构不仅增加了气体的分布均匀度而且增大了气体分配比调节的范围。

本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：

一种改进的隔壁塔气相分配比调节装置，其特征在于该装置由两个结构完全相同的D型结构构成，两个D型结构对称地布置在隔板的两侧；每个D型结构均为空心环形，环形的内外壁之间也为空心，每个D型结构均包括曲面部分和垂直面部分，曲面部分和垂直面部分为一体结构，垂直面部分的上表面均匀分布有若干数量的装置上表面圆孔，通过该装置上表面圆孔与隔壁塔的隔板下端钢板连接；在曲面部分的外侧壁上安装有不锈钢直管，不锈钢直管一端与环形外壁之间的空间相连通，另一端通过法兰与外部转移气体管道连接；

D型结构的垂直面部分包括上部分、中间部分和下部分，上部分、中间部分和下部分的纵切面分别为矩形、直角梯形和半椭圆形；所述直角梯形的锐角底角c为不小于30°的锐角；

下部分为空心半椭圆柱体，空心半椭圆柱体的两个底面封口，空心半椭圆柱体的侧面记为第一曲面I，在空心半椭圆柱体内距离第一曲面距离为h处设有第二曲面II，该第二曲面沿长度方向的两端与空心半椭圆柱体的两个底面连接在一起，第二曲面沿长度方向的一侧与第一曲面的最低点在同一竖直高度，高度差为h，另一侧与中间部分的沿长度方向的倾斜侧面连接，第一曲面远离第二曲面的沿长度方向的一侧与中间部分的沿长度方向的竖直侧面连接，第一曲面和第二曲面之间形成装置气体出口，装置气体出口的采出气体的量与第二曲面到第一曲面之间的距离h为狭缝宽度；

D型结构的曲面部分的任意纵截面形状与垂直面部分的结构相同。

一种隔壁塔，其特征在于该隔壁塔安装有上述的改进的隔壁塔气相分配比调节装置；该装置安装在隔壁塔上时，隔板的下端连接与气相分配比调节装置的垂直面部分的上表面结构尺寸相匹配的钢板，气相分配比调节装置的垂直面部分的上表面和钢板通过螺栓连接固定；气相分配比调节装置上的不锈钢直管与转移气体管道连接，并在隔壁塔两侧分别引出气相分配比调节装置进风口，每个气相分配比调节装置进风口分别通过管道与相应的风机的出口连接，在风机与气相分配比调节装置进风口连接的管道上设置有流量调节阀门；在隔壁塔上，且位于装置一侧的下方，设置有隔壁塔的气体出口，隔壁塔的气体出口通过管道与两个风机的进口连接；在隔壁塔的预分馏塔段和主塔段的第一块塔板上方和最后一块塔板上方均分别开有压力检测口；气相分配比调节装置安装在隔壁塔中后，在装置下方的左右两侧的隔壁塔上分别设置有流速检测口，在每个流速检测口处均安装有一个皮托管，可编程PLC控制器与四个压力检测口、两个流速检测口和一个流量调节阀门电连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型改进的气相分配比调节装置应用了科恩达效应，隔板两侧的装置的D型轮廓内部形成负压区，通过调节分配到D型结构内的气量间接调节D型轮廓内部的负压程度，进而调节通过预分馏塔段和主塔段的气量。即调节气量主要通过实现科恩达效应后，D型轮廓内部形成“球状”负压区，不会出现“射流”现象，从而装置下方的气体会被自动“吸入”预分馏塔段或主塔段。本装置利用风机实现气体的转移，气体转移量小，节能效果好。

本实用新型改进的气体分配比调节装置是安装在隔板两侧的对称的D型轮廓结构，不但能使分配比在0.5～1.0内灵活调节，而且在0～0.5内也可以灵活调节，增大了气相分配比的调节区间，更适宜在工业中应用。

本实用新型在隔壁塔中安装此装置，并没有在装置周边“隔绝”气、液相的接触，不会损失塔板数，此外装置的体积对于整个隔壁塔而言较小，压降小，所以安装该装置，不会造成隔壁塔能耗的额外提高。克服了现有技术中的气相分配比调节装置结构复杂、占用空间大、整体压降升高及增加能耗的问题，再加上装置占用空间大，造成隔壁塔“损失”了一部分塔板，也就得不到预期的产品纯度。

本实用新型改进的气相分配比调节装置体积小，操控简便，易于安装与拆卸，便于更换与调节，能够实现气体气相的定量比调节，解决了隔壁塔隔板两侧气体调配的难题，能应用在板式隔壁塔或者填料隔壁塔中，及需要将进气量按比例调节分配的场合。

附图说明：

图1是隔壁塔的结构简图。

图2是本实用新型改进的隔壁塔气相分配比调节装置的立体结构透视图；

图3(a)是本实用新型改进的隔壁塔气相分配比调节装置的俯视结构示意图；

图3(b)是本实用新型改进的隔壁塔气相分配比调节装置的一个D型结构沿A-A纵切面得到的纵切面的主视结构图；

图4是本实用新型改进的隔壁塔气相分配比调节装置与隔板连接的立体结构示意图；

图5是本实用新型改进的隔壁塔气相分配比调节装置任意位置的纵切面的剖视结构示意图和局部放大结构示意图；

图6是本实用新型装置安装在隔壁塔上的剖视图。

图中，1.公共精馏段，2.主塔段，3.预分馏塔段，4.公共提馏段，5.隔板，6.风机，7.前负压区，8.后负压区，9.隔壁塔塔板，10.隔壁塔的气体出口，11.气相分配比调节装置进风口， 12a～12d.压力检测口，13.气相分配比调节装置(或装置)，14.钢板，15a～15b.流速检测口；

13.1上部分、13.3中间部分、13.2下部分、13.4装置上表面圆孔、13.5不锈钢直管、13.6 装置气体出口、13.7曲面部分、13.8垂直面部分，I第一曲面、II第二曲面。

具体实施方式

下面结合实施例及附图进一步解释本实用新型，但并不以此作为对本申请保护范围的限定。

本实用新型改进的隔壁塔气相分配比调节装置(简称装置，参见图2)，采用不锈钢材料制成，抗腐蚀能力较强。该装置由两个结构完全相同的D型结构构成，两个D型结构对称地布置在隔板的两侧；每个D型结构均为空心环形，环形的内外壁之间也为空心，D型结构包括曲面部分13.7和垂直面部分13.8，曲面部分13.7和垂直面部分13.8为一体结构，垂直面部分的上表面均匀分布有若干数量的装置上表面圆孔13.4，通过该装置上表面圆孔13.4 与隔壁塔的隔板下端钢板14(参见图4)连接；在曲面部分13.7的外侧壁上安装有不锈钢直管13.5，不锈钢直管13.5一端与环形外壁之间的空间相连通，另一端通过法兰与外部转移气体管道连接；

D型结构的垂直面部分13.8包括上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2(参见图5)，上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2的纵切面分别为矩形、直角梯形和半椭圆形，上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2为一体结构，上、中、下三部分长度相等，且三部分均为空心结构，整个装置的厚度(即指内外壁钢板的厚度)δ1为1～3mm；上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2的高度比为1：3：0.5～2.5；中间部分13.3的高度为所需调节的隔壁塔直径D的一半；直角梯形的锐角底角c(也称倾斜角度)不小于30°，即直角梯形的上底边长小于下底边长；

下部分13.2为空心半椭圆柱体(参见图5)，空心半椭圆柱体的两个底面封口，空心半椭圆柱体的侧面记为第一曲面I，在空心半椭圆柱体内距离第一曲面距离为h处设有第二曲面II，该第二曲面沿长度方向的两端与空心半椭圆柱体的两个底面连接在一起，第二曲面沿长度方向的一侧与第一曲面的最低点在同一竖直高度，高度差为h，另一侧与中间部分的沿长度方向的倾斜侧面连接，第一曲面远离第二曲面的沿长度方向的一侧与中间部分的沿长度方向的竖直侧面连接，第一曲面和第二曲面之间形成装置气体出口13.6，装置气体出口13.6 的采出气体的量与第二曲面到第一曲面之间的距离h(h也称为狭缝宽度)和中间部分的沿长度方向的倾斜侧面的倾斜角度c有关，气体在第一曲面和第二曲面之间流动，具有科恩达效应，即气体会紧贴在第一曲面的内表面流动；

D型结构的曲面部分13.7的任意纵截面形状与垂直面部分13.8的结构相同。

本实用新型装置的进一步特征在于不锈钢直管13.5设置在D型结构曲面部分的最高点中部，不锈钢直管13.5的中心到上部分的下表面的距离H为1/10D，不锈钢直管13.5的内径g为1/15D。

本实用新型装置的进一步特征在于第二曲面到第一曲面之间的距离h为1～10mm。

本实用新型装置的进一步特征在于装置的上部分的宽度a为所需调节的隔壁塔直径D的 1/20～1/30，上部分的高度b＝a，中间部分的高度d＝3a，不锈钢直管的长度L为隔壁塔直径D 的1/10，即L＝1/10D；装置上表面圆孔13.4的直径k为所需调节的隔壁塔直径D的1/60～1/75，即k＝1/60D～1/75D。

本实用新型装置的进一步特征在于装置上表面圆孔13.4的数量为10个，直径为 8mm～10mm。根据装置的对称结构，考虑到密封性的问题，装置上表面圆孔数量必须为偶数，装置上表面圆孔个数过少可能会对装置连接的密封性产生影响，应力可能达不到要求，装置上表面圆孔过多在拆卸维修或更换时带来不必要的麻烦。其次，装置上表面圆孔的直径和数量均与装置的质量有关系，但是考虑到装置的最大质量(即安装在最大塔径2000mm的隔壁塔中的质量)，10个装置上表面圆孔完全满足要求，因此简化为固定的装置上表面圆孔数量，仅改变装置上表面圆孔的直径，实现有效的连接固定。

本实用新型还保护安装该隔壁塔气相分配比调节装置的隔壁塔。该装置安装在隔壁塔上时，隔板5的下端连接与气相分配比调节装置13的上表面结构尺寸相匹配的钢板14，气相分配比调节装置13的垂直面部分的上表面和钢板14通过螺栓连接固定(参见图6)；气相分配比调节装置13上的不锈钢直管13.5与转移气体管道连接，并在隔壁塔两侧分别引出气相分配比调节装置进风口11，每个气相分配比调节装置进风口11分别通过管道与相应的风机6的出口连接，在风机与气相分配比调节装置进风口11连接的管道上设置有流量调节阀门；在隔壁塔上，且位于装置一侧的下方，设置有隔壁塔的气体出口10，隔壁塔的气体出口 10通过管道与两个风机6的进口连接；在隔壁塔的预分馏塔段和主塔段的第一块塔板上方和最后一块塔板上方均分别开有压力检测口12a-12d；气相分配比调节装置安装在隔壁塔中后，在装置下方的左右两侧的隔壁塔上分别设置有流速检测口15a-15b，在每个流速检测口处均安装有一个皮托管，可编程PLC控制器与四个压力检测口、两个流速检测口和一个流量调节阀门电连接。

本实用新型的进一步特征在于所述的风机6的型号为GF4-72玻璃钢通风机，所述可编程PLC控制器为DVP32EH00R3控制器。

本实用新型装置的进一步特征在于所需调节的隔壁塔的直径D为600～2000mm。

本实用新型装置调控气相分配比的工作原理及过程是：本实用新型装置应用科恩达原理，即流体在装置内部会顺着狭缝(装置气体出口13.6)方向运动，造成隔板两侧的装置的 D型轮廓内部形成负压区，装置公共提馏段的气体会根据负压程度“吸入”不同量的气体分别进入预分馏塔段3和主塔段2，实现气体流量的分配调节，再通过调节进入装置13内的气体的量，就可以调节装置内的压强。

在隔壁塔的隔板下方安装装置13，气体经由风机6从隔壁塔的气体出口10处转移到气相分配比调节装置进风口11处，由风机6加速被吹带到装置气体出口13.6而排出；气流从气相分配比调节装置进风口11进入装置的空腔内，散布并充满空腔。随着装置13空腔内气体量的增加，空腔内的压强就会超过空腔外的气压，从而装置气体出口出来的气体速度增大，装置气体出口13.6处会因气流过大形成负压区(称装置气体出口13.6的上游为前负压区7，称装置气体出口13.6的下游为后负压区8，上、下游以气体流动方向为参考)。由于隔板两侧装置空腔内的压强与装置气体进口13.5的进气量有关，于是隔板两侧的D型轮廓负压程度也会不同。在预分馏塔段3中，负压的作用使前负压区7的气体在后负压区8的气体带动下向上运动并与装置气体出口13.6流出的气体汇合成一股气流，进入预分馏塔段3；在主塔段2中，负压的作用使前负压区7的气体在后负压区8的气体带动下向上运动并与装置气体出口13.6流出的气体汇合成一股气流，进入主塔段2；最终实现隔板两侧气相分配比的调节。

实施例1

本实施例改进的隔壁塔气相分配比调节装置，采用不锈钢材料制成，抗腐蚀能力较强，该装置由两个结构完全相同的D型结构构成，两个D型结构对称地布置在隔板的两侧；每个D型结构均为空心环形，环形的内外壁之间也为空心，每个D型结构均包括曲面部分13.7 和垂直面部分13.8，曲面部分13.7和垂直面部分13.8为一体结构，垂直面部分的上表面均匀分布有若干数量的装置上表面圆孔13.4，通过该装置上表面圆孔13.4与隔壁塔的隔板下端钢板14连接；在曲面部分13.7的外侧壁上安装有不锈钢直管13.5，不锈钢直管13.5一端与环形外壁之间的空间相连通，另一端通过法兰与外部转移气体管道连接；

D型结构的垂直面部分13.8包括上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2，上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2为一体结构，上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2的纵切面分别为矩形、直角梯形和半椭圆形，上、中、下三部分长度相等，且三部分均为空心结构，整个装置内外壁的钢板厚度δ1为2mm；上部分13.1、中间部分13.3和下部分13.2的高度比为1：3：1；中间部分13.3的高度为所需调节的隔壁塔直径D的一半；直角梯形的锐角底角 c(也称倾斜角度)为72°，不锈钢直管13.5的中心到上部分的下表面的距离H为1/10D，不锈钢直管13.5的直径g为1/15D，所述不锈钢直管13.5另一端通过法兰与外部转移气体管道连接；

下部分13.2为空心半椭圆柱体，空心半椭圆柱体的两个底面封口，空心半椭圆柱体的侧面记为第一曲面I，在空心半椭圆柱体内距离第一曲面距离为h处设有第二曲面II，该第二曲面沿长度方向的两端与空心半椭圆柱体的两个底面连接在一起，第二曲面沿长度方向的一侧与第一曲面的最低点在同一竖直高度，高度差为h，另一侧与中间部分的沿长度方向的倾斜侧面连接，第一曲面远离第二曲面的沿长度方向的一侧与中间部分的沿长度方向的竖直侧面连接，第一曲面和第二曲面之间形成装置气体出口13.6。

本实施例中所需调节的隔壁塔的直径D为600mm，采用不锈钢材质，上部分13.1的宽度a为100mm，高度b为100mm；中间部分的高度d为300mm，长度为400mm；不锈钢直管13.5的中心到上部分的下表面的距离H＝60mm，直径g为40mm；第二曲面到第一曲面之间的距离h(h也称为狭缝宽度)为1mm，不锈钢直管的长度为L＝60mm，厚度为δ2＝1mm；与不锈钢直管连接的法兰的直径为100mm。空心半椭圆柱体的两个底面均为半椭圆形，第一曲面Ⅰ与底面相交处为长轴长与短轴长的比为2.5的半椭圆曲线。

在直径D为600mm的隔壁塔上安装本实施例的装置13，该装置安装在隔壁塔上时，隔板5的下端连接与气相分配比调节装置13的垂直面部分的上表面结构尺寸相匹配的钢板14，气相分配比调节装置13的垂直面部分的上表面和钢板14通过螺栓连接固定；气相分配比调节装置13上的不锈钢直管13.5与转移气体管道连接，并在隔壁塔的公共提馏段4的相对应的位置开孔引出气相分配比调节装置进风口11，每个气相分配比调节装置进风口11通过管道与相应的风机6的出口连接，在风机与气相分配比调节装置进风口11连接的管道上设置有流量调节阀门；有两个风机；在隔壁塔上，且位于装置一侧的下方，设置有隔壁塔的气体出口10，隔壁塔的气体出口通过管道与两个风机6的进口连接。图1和图5中F表示隔壁塔进料，D1表示隔壁塔塔顶气相冷凝液采出，W1表示隔壁塔塔底液相采出，S表示隔壁塔主塔段侧线采出。首先来自塔底再沸器的气体经过公共提馏段4后在隔壁塔的两侧进行自由分配，该分配比值由隔壁塔内部构件和塔内的操作条件决定。装置13对自由分配的气体进行再分配调节与控制，气相分配比调节装置的进风口11位于公共提馏段4顶端，且两个进风口11的方向相反，中轴线方向与隔板5垂直。

具体是：抽取公共提馏段的气量经由风机6从隔壁塔气体出口10处转移到气相分配比调节装置进风口11处，由风机6加速被吹带到装置气体出口13.6，即狭缝处排出，气流从气相分配比调节装置进风口11进入装置的空腔内，散布并充满腔体，积聚到一定程度就会超过空腔外的气压，随气压的增大，从装置的狭缝出来的气体速度增大，装置13的下方会因气流过大形成负压。在预分馏塔段3中，负压的作用使前负压区7的气体在后负压区8的气体带动下向上运动并与装置气体出口13.6流出的气体汇合成一股气流，进入预分馏塔段3；在主塔段2中，负压的作用使前负压区7的气体在后负压区8的气体带动下向上运动并与装置气体出口13.6流出的气体汇合成一股气流，进入主塔段2；最终实现隔板两侧气相分配比的调节。

实施例2

本实施例装置各部分的连接及位置关系同实施例1，不同之处在于，本实施例所需调节的隔壁塔的直径D为1200mm，采用不锈钢材质，上部分13.1的宽度a为200mm，高度b 为200mm，中间部分的高度d为600mm，长度为800mm；不锈钢直管的中心到上部分的下表面的距离H＝120mm，不锈钢直管的直径g为80mm，第二曲面到第一曲面之间的距离h 为1mm，不锈钢直管的长度为L＝120mm，厚度为δ2＝1.5mm；与不锈钢直管连接的法兰的直径为200mm。直角梯形的锐角底角c为60°。

实施例3

本实施例装置各部分的连接及位置关系同实施例1，不同之处在于，本实施例所需调节的隔壁塔的直径D为1800mm，采用不锈钢材质，上部分13.1的宽度a为300mm，高度b 为300mm，中间部分的高度d为900mm，长度为1200mm；不锈钢直管的中心到上部分的下表面的距离H＝180mm，不锈钢直管的直径g为120mm，第二曲面到第一曲面之间的距离h (h也称为狭缝宽度)为4mm，不锈钢直管的长度为L＝180mm，厚度为δ2＝1.8mm；与不锈钢直管连接的法兰的直径为300mm。直角梯形的锐角底角c为45°。空心半椭圆柱体的两个底面均为半椭圆形，第一曲面Ⅰ与底面相交处为长轴长与短轴长的比为1.25的半椭圆曲线。整个装置厚度δ1＝2mm。

风机6为GF4-72玻璃钢通风机，可编程PLC控制器为DVP32EH00R3的控制器。

上述实施例中，所涉及的零部件及其安装连接方法均是本技术领域所熟知的。

本实用新型未述及之处适用于现有技术。