分壁精馏塔塔板及具有该塔板的分壁精馏塔的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种分壁精馏塔，在精馏塔的纵向设置一块分隔板，将精馏塔内空间分成上部公共精馏段、中间分壁区和下部公共提馏段，中间分壁区两侧为预精馏段和侧线采出段；中间分壁区两侧设置气液接触塔板,塔板上包括受液区、溢流堰、鼓泡区和降液区，其特征在于受液区与降液区分别分布在半圆形弧顶和分隔板一侧，塔板上受液区与降液区水平方向保持平行，这样的结构有利于受液区的液体流经鼓泡区到达降液区的距离相近，避免塔板上液流短路及液面梯度过大而造成的漏液和夹带现象，从而提高了分壁精馏塔操作的稳定性，可用于大规模的工业化应用。
【专利说明】
分壁精馏塔塔板及具有该塔板的分壁精馏塔
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及一种分壁精馏塔塔板及具有该塔板的分壁精馏塔。
【背景技术】
[0002] 精馏是化工中首选的分离过程，虽然有许多优点，但是能耗特别大，为节能，国内 外已研制出一些节能型耦合精馏塔:如反应与精馏耦合的塔;精馏与其他分离过程耦合的 塔（吸附-精馏耦合、结晶-精馏耦合等）；精馏-精馏耦合的塔：热耦精馏塔（Petlyuk Column);内部热耦合精馏塔(ITCDIC);分隔壁精馏塔(Dividing wall column简称DWC)。
[0003] 国内已有高校研究并有文章关于节能型的精馏耦合塔，但尚未发现DWC研究机构 和应用单位。DWC是在精馏塔内部设一垂直隔板，将精馏塔分成上部公共精馏段、下部公共 提馏段、及由隔板分开的预精馏段及侧线采出段四部分。由于DWC与热耦精馏分离的原理及 计算方法是一致的，DWC在热力学上等同于一个Pet Iyuk塔，比传统的两塔系统节约了 30 % 的投资费用。因此有人把DWC归为耦精馏塔的特例，但因 DWC比热耦精馏塔少一台精馏塔及 相应管路，因此投资及占地面积比热耦精馏塔少DWC分离3组分混合物时，只需1个精馏塔就 可得到3个纯组分，这就节省了 1个精馏塔及其附属设备，如再沸器、冷凝器、塔顶回流栗及 管道。虽然DWC比原有2塔流程的每个精馏塔大，但总的设备投资会降低许多。DWC是热力学 上最理想的系统结构，在分离3组分混合物时，用相同的理论板数，完成同样的分离任务，采 用D W C比传统的两塔流程需更少的再沸热量和冷凝量，L e s t a k [ L e s t a k F， CoIIinsC.Advanced Distillation Saves Energy and Capital[J].Chem Eng,1997,104 (7): 72-76]指出，对于某些给定的物料，分隔板式精馏塔和常规精馏塔相比需更小的回流 比，故操作容量增大，节能最高可达到60%以上，可节省设备投资30 % AWC能广泛地应用于 石油精制、石油化工、化学品及气体精制。
[0004] 采用DWC分离3组分混合物时，从塔底上升的蒸汽在分隔板两侧分为两部分，蒸汽 在分隔板的两侧分配进行适当分配，根据进料及中间出料情况，在某种情况下具有热力学 优势。分隔板两侧空间通常利用填料或板式塔或复合塔板构成。但无论填料塔还是板式 塔，对工业生产来说，应尽可能满足如下要求：
[0005] (1)生产能力大。在保证正常操作条件下，单位塔截面上可通过较大的气液相流 量；
[0006] (2)塔内件阻力小。阻力小可以节省操作费用；
[0007] (3)具有适宜的操作弹性。当气液量在一定范围内波动时，仍能保持正常操作具有 较高的传质效率；
[0008] (4)结构简单，便于制造、安装、操作和维修。
[0009] 基于以上原因，目前工业应用的精馏塔内采用板式塔的更多些。但对于分壁精馏 塔而言，塔板的设计远比普通精馏塔复杂，如果气液接触塔板设计的不合理很难达到理想 的分离效果[2. Oluj i6，.M · J5d.e.ck.e.，A · Shilkin，G. Schuch ,B.Kaibel ,Equipment improvement trends in distillation,ChemicalEngineering and Processing:Process Intensification, 2009,48(6): 1089-1104]。因此，分隔板两侧的塔板的结构及性能成为此 类塔设计及优化操作的一个关健。
[0010]专利US7234691B2中的分壁精馏塔塔板是将半圆形板面分成几个扇形区域，一部 分扇形区域用作受液区，一部分扇形区域用作鼓泡区，其余部分用作降液区。
[0011] 但现有技术存在以下技术问题：（1)受液区的液体流经鼓泡区到达降液区的距离 差异较大，易造成漏液和液泛(2)该结构易造成塔板上气体分布不均；（3)结构复杂，加工成 本高。 【实用新型内容】
[0012] 本实用新型的目的是为实现分壁精馏塔高效分离、稳定运行和长周期操作。该装 置受液区的液体流经鼓泡区到达降液区的距离是相同的，避免了塔板上液流短路及液面梯 度过大而造成的漏液和夹带现象，从而提高了分壁精馏塔操作的稳定性，为分壁精馏塔长 周期高效运行提供保证。
[0013] 为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案如下：本实用新型公开了一种分壁 精馏塔，在精馏塔的纵向设置一块分隔板，将精馏塔内空间分成上部公共精馏段、中间分壁 区和下部公共提馏段，中间分壁区两侧为预精馏段和侧线采出段；中间分壁区两侧设置气 液接触塔板，塔板上包括受液区、溢流堰、鼓泡区和降液区，其特征在于受液区与降液区分 别分布在半圆形弧顶和分隔板一侧，塔板上受液区与降液区水平方向保持平行。
[0014] 上述技术方案中，优选地，分壁精馏塔塔板的受液区与降液区面积之比为0.6-1.5,更为优选地0.8-1.2。
[0015] 上述技术方案中，优选地，受液区或降液区形状为弓形、类弓形、圆弧形和类圆弧 形。
[0016] 上述技术方案中，优选地，分壁区每层塔板的受液区与上一层塔板的降液管相通， 鼓泡区介于受液区和降液区之间是气液两相传质的主要区域，降液区与下一层塔板的降液 管相连，受液区与降液区水平方向保持平行，其中至少一个受液区靠近分隔板，同时至少一 个降液区靠近半圆形弧顶。
[0017] 上述技术方案中，优选地，分壁精馏塔每层气液接触塔的受液区和降液区交替与 分隔板和半圆形弧顶相连。
[0018] 上述技术方案中，优选地，分壁精馏塔塔板上下两侧的降液管分交替与分隔板和 塔内壁相连。
[0019] 上述技术方案中，优选地，分壁精馏塔塔板的开孔率为5%-20%
[0020] 上述技术方案中，优选地，分壁精馏塔气液接触塔板上受液区和降液区均设置有 溢流堰。
[0021 ]上述技术方案中，优选地，分壁精馏塔气液接触塔板采用浮阀塔板。
[0022] 与现有技术相比较，本实用新型具有以下优点：
[0023] 本实用新型分壁精馏塔塔板上受液区与降液区水平方向保持平行，其中至少有一 个受液区靠近分隔板，同时至少一个降液区靠近塔壁面。这样的结构有利于受液区的液体 流经鼓泡区到达降液区的距离是相同的，避免了塔板上液流短路及液面梯度过大而造成的 漏液和夹带现象，从而提高了分壁精馏塔操作的稳定性。
【附图说明】
[0024] 图1为本实用新型分壁塔结构示意图
[0025] 1-公共精馏段;2-分壁区；3-公共提馏段;4-分隔板;5-预分馏段;6-侧线出料段； 塔板；
[0026] 图2为本实用新型塔板结构示意图
[0027] 8-塔壁;9-受液区；10-受液区溢流堰；11-降液区；12-降液区溢流堰；13-鼓泡区； 14-支撑板
[0028] 图3为本实用新型塔板结构示意图
[0029] 图4为本实用新型塔板结构示意图
[0030] 图5为本实用新型塔板结构示意图 [0031]图6为对比例塔板结构示意图
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本实用新型的分壁精馏塔进行详细说明：
[0033]【实施例1】
[0034]待分离原料由原料罐A，经进料栗、原料预热器进入到分壁塔的分壁区（2)预分馏 段(5)，在预分馏段(5)汽化后的轻组分上升与回流的液体进行逆流接触精馏分离，最后在 分隔板顶部会同从分壁塔侧线采出侧上升的气体一起经升气孔上升到公共精馏段（1)，与 塔顶回流的液体进行接触精馏分离后从塔顶引出，经塔顶冷凝器冷凝后，由液体分配器进 行液相分配，一部分塔顶采出作为产品，其余部分作为塔顶回流经由管道返回塔内，分为两 路返回到分壁塔分隔板的两侧。分壁塔塔釜内为重组分液体，经塔底冷凝器冷却后，由塔釜 产品栗打入塔釜产品罐。
[0035] 气液两相在气液接触塔板上接触进行传质、传热，塔板上包含受液区（9)、鼓泡区 (13)和降液区（11)，受液区（9)与上一层塔板的降液管相连，鼓泡区介于受液区（9)和降液 区（11)之间是气液两相传质的主要区域，降液区（11)与下一层塔板的降液管相连，下层塔 板的受液区与上层塔板的降液区在同一侧，下层塔板的降液区与上层塔板的受液区在同一 侦L上层塔板降液区的液体通过降液管流入下层塔板的受液区上。经过多层塔板的气液传 质、传热，轻组分、中组分和中间组分最终实现分离。
[0036] 中间分壁区采用具有弓形降液管的分壁精馏塔塔板，塔板由不锈钢制成，如图2 所示，塔板包括受液区（9)、溢流堰（10)、鼓泡区（13)、降液区（11)，受液区（9)与降液区（11) 面积之比为0.9;塔板高度为450mm，溢流堰高度为50mm，塔板开孔率为12 %。
[0037] 经72小时现场试验表明，该装置可以实现连续、可控、稳定的运行，未出现漏液和 过量液沫夹带现象。
[0038]【实施例2】
[0039]工艺流程同【实施例1】，中间分壁区采用具有圆弧形降液管的分壁精馏塔塔板，塔 板由不锈钢制成，如图3所示，塔板包括受液区（9)、溢流堰（10)、鼓泡区（13)、降液区（11)， 受液区（9)与降液区（11)面积之比为1.1;塔板高度为450mm，溢流堰高度为50mm，塔板开孔 率为12%。
[0040] 经72小时现场试验表明，该装置可以实现连续、可控、稳定的运行，未出现漏液和 过量液沫夹带现象。
[0041 ]【实施例3】
[0042] 工艺流程同【实施例1】，中间分壁区采用具有类圆弧形降液管的分壁精馏塔塔板， 塔板由不锈钢制成，如图4所示，塔板包括受液区（9)、溢流堰（10)、鼓泡区（13)、降液区 (11)，受液区（9)与降液区（11)面积之比为1;塔板高度为450mm，溢流堰高度为50mm，塔板开 孔率为8 %。
[0043] 经72小时现场试验表明，该装置可以实现连续、可控、稳定的运行，未出现漏液和 过量液沫夹带现象。
[0044] 【实施例4】
[0045] 工艺流程同【实施例1】，中间分壁区采用具有类圆弧形降液管的分壁精馏塔塔板， 塔板由不锈钢制成，如图5所示，塔板包括受液区（9)、溢流堰（10)、鼓泡区（13)、降液区 (11)，受液区（9)与降液区（11)面积之比为1;塔板高度为450mm，溢流堰高度为50mm，塔板开 孔率为10%。
[0046] 经72小时现场试验表明，该装置可以实现连续、可控、稳定的运行，未出现漏液和 过量液沫夹带现象。
[0047] 【对比例1】
[0048] 工艺流程同【实施例1】，中间分壁区采用具有扇形降液管的分壁精馏塔塔板，塔板 由不锈钢制成，如图5所示，塔板包括受液区（9)、溢流堰（10)、鼓泡区（13)、降液区（11)，受 液区（9)与降液区（11)面积之比为1;塔板高度为450_，溢流堰高度为50mm，塔板开孔率为 10%〇
[0049] 经72小时现场试验表明，该装置操作空间小、液流在塔板上容易短路的，造成过量 雾沫夹带和漏液。
[0050] 显然，采用本实用新型的装置，可以达到连续、可控、稳定的运行，强化分壁精馏工 艺目的，具有较大的技术优势。
【主权项】
1. 一种分壁精馏塔板，其包括受液区（9)、溢流堰（10)、鼓泡区（13)、降液区（11)，其特 征在于受液区(9)与降液区（11)分别分布在半圆形弧顶和分隔板一侧。2. 按照权利要求1所述的分壁精馏塔板，其特征在于受液区（9)与降液区（11)之比为 0.6~1.5〇3. 按照权利要求1所述的分壁精馏塔板，其特征在于受液区（9)与降液区（11)形状为弓 形、类弓形、圆弧形和类圆弧形。4. 一种分壁精馏塔，在精馏塔的纵向设置一块分隔板(4)，将精馏塔内空间分成上部公 共精馏段（1)、中间分壁区（2)和下部公共提馏段(3)，中间分壁区两侧为预精馏段(5)和侧 线采出段(6);其特征在于中间分壁区采用权利要求1-3任一项所述分壁塔塔板。5. 按照权利要求4所述的分壁精馏塔，其特征在于，分壁区每层塔板的受液区与上一层 塔板的降液管相通，鼓泡区（13)介于受液区（9)和降液区（10)之间是气液两相传质的主要 区域，降液区与下一层塔板的降液管相连，受液区与降液区水平方向保持平行，其中至少一 个受液区靠近分隔板，同时至少一个降液区靠近半圆形弧顶。6. 按照权利要求4所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的分壁精馏塔每层气液接触塔 的受液区和降液区交替与分隔板和半圆形弧顶相连。7. 按照权利要求4所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的分壁精馏塔塔板上下两侧的 降液管分交替与分隔板和塔内壁相连。8. 按照权利要求4所述的分壁精馏塔，其特征在于，所述的分壁精馏塔塔板的开孔率为 5%-20%〇
【文档编号】B01D3/28GK205549653SQ201520817401
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2015年10月21日
【发明人】王清立, 陈亮, 钟思青, 郭艳姿
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司上海石油化工研究院