分壁精餾塔塔板及具有該塔板的分壁精餾塔的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種分壁精餾塔，在精餾塔的縱向設置一塊分隔板，將精餾塔內空間分成上部公共精餾段、中間分壁區和下部公共提餾段，中間分壁區兩側為預精餾段和側線采出段；中間分壁區兩側設置氣液接觸塔板,塔板上包括受液區、溢流堰、鼓泡區和降液區，其特征在于受液區與降液區分別分布在半圓形弧頂和分隔板一側，塔板上受液區與降液區水平方向保持平行，這樣的結構有利于受液區的液體流經鼓泡區到達降液區的距離相近，避免塔板上液流短路及液面梯度過大而造成的漏液和夾帶現象，從而提高了分壁精餾塔操作的穩定性，可用于大規模的工業化應用。
【專利說明】
分壁精餾塔塔板及具有該塔板的分壁精餾塔
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及一種分壁精餾塔塔板及具有該塔板的分壁精餾塔。
【背景技術】
[0002] 精餾是化工中首選的分離過程，雖然有許多優點，但是能耗特別大，為節能，國內 外已研制出一些節能型耦合精餾塔:如反應與精餾耦合的塔;精餾與其他分離過程耦合的 塔（吸附-精餾耦合、結晶-精餾耦合等）；精餾-精餾耦合的塔：熱耦精餾塔（Petlyuk Column);內部熱耦合精餾塔(ITCDIC);分隔壁精餾塔(Dividing wall column簡稱DWC)。
[0003] 國內已有高校研究并有文章關于節能型的精餾耦合塔，但尚未發現DWC研究機構 和應用單位。DWC是在精餾塔內部設一垂直隔板，將精餾塔分成上部公共精餾段、下部公共 提餾段、及由隔板分開的預精餾段及側線采出段四部分。由于DWC與熱耦精餾分離的原理及 計算方法是一致的，DWC在熱力學上等同于一個Pet Iyuk塔，比傳統的兩塔系統節約了 30 % 的投資費用。因此有人把DWC歸為耦精餾塔的特例，但因 DWC比熱耦精餾塔少一臺精餾塔及 相應管路，因此投資及占地面積比熱耦精餾塔少DWC分離3組分混合物時，只需1個精餾塔就 可得到3個純組分，這就節省了 1個精餾塔及其附屬設備，如再沸器、冷凝器、塔頂回流栗及 管道。雖然DWC比原有2塔流程的每個精餾塔大，但總的設備投資會降低許多。DWC是熱力學 上最理想的系統結構，在分離3組分混合物時，用相同的理論板數，完成同樣的分離任務，采 用D W C比傳統的兩塔流程需更少的再沸熱量和冷凝量，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，對于某些給定的物料，分隔板式精餾塔和常規精餾塔相比需更小的回流 比，故操作容量增大，節能最高可達到60%以上，可節省設備投資30 % AWC能廣泛地應用于 石油精制、石油化工、化學品及氣體精制。
[0004] 采用DWC分離3組分混合物時，從塔底上升的蒸汽在分隔板兩側分為兩部分，蒸汽 在分隔板的兩側分配進行適當分配，根據進料及中間出料情況，在某種情況下具有熱力學 優勢。分隔板兩側空間通常利用填料或板式塔或復合塔板構成。但無論填料塔還是板式 塔，對工業生產來說，應盡可能滿足如下要求：
[0005] (1)生產能力大。在保證正常操作條件下，單位塔截面上可通過較大的氣液相流 量；
[0006] (2)塔內件阻力小。阻力小可以節省操作費用；
[0007] (3)具有適宜的操作彈性。當氣液量在一定范圍內波動時，仍能保持正常操作具有 較高的傳質效率；
[0008] (4)結構簡單，便于制造、安裝、操作和維修。
[0009] 基于以上原因，目前工業應用的精餾塔內采用板式塔的更多些。但對于分壁精餾 塔而言，塔板的設計遠比普通精餾塔復雜，如果氣液接觸塔板設計的不合理很難達到理想 的分離效果[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，分隔板兩側的塔板的結構及性能成為此 類塔設計及優化操作的一個關健。
[0010]專利US7234691B2中的分壁精餾塔塔板是將半圓形板面分成幾個扇形區域，一部 分扇形區域用作受液區，一部分扇形區域用作鼓泡區，其余部分用作降液區。
[0011] 但現有技術存在以下技術問題：（1)受液區的液體流經鼓泡區到達降液區的距離 差異較大，易造成漏液和液泛(2)該結構易造成塔板上氣體分布不均；（3)結構復雜，加工成 本高。 【實用新型內容】
[0012] 本實用新型的目的是為實現分壁精餾塔高效分離、穩定運行和長周期操作。該裝 置受液區的液體流經鼓泡區到達降液區的距離是相同的，避免了塔板上液流短路及液面梯 度過大而造成的漏液和夾帶現象，從而提高了分壁精餾塔操作的穩定性，為分壁精餾塔長 周期高效運行提供保證。
[0013] 為解決上述技術問題，本實用新型的技術方案如下：本實用新型公開了一種分壁 精餾塔，在精餾塔的縱向設置一塊分隔板，將精餾塔內空間分成上部公共精餾段、中間分壁 區和下部公共提餾段，中間分壁區兩側為預精餾段和側線采出段；中間分壁區兩側設置氣 液接觸塔板，塔板上包括受液區、溢流堰、鼓泡區和降液區，其特征在于受液區與降液區分 別分布在半圓形弧頂和分隔板一側，塔板上受液區與降液區水平方向保持平行。
[0014] 上述技術方案中，優選地，分壁精餾塔塔板的受液區與降液區面積之比為0.6-1.5,更為優選地0.8-1.2。
[0015] 上述技術方案中，優選地，受液區或降液區形狀為弓形、類弓形、圓弧形和類圓弧 形。
[0016] 上述技術方案中，優選地，分壁區每層塔板的受液區與上一層塔板的降液管相通， 鼓泡區介于受液區和降液區之間是氣液兩相傳質的主要區域，降液區與下一層塔板的降液 管相連，受液區與降液區水平方向保持平行，其中至少一個受液區靠近分隔板，同時至少一 個降液區靠近半圓形弧頂。
[0017] 上述技術方案中，優選地，分壁精餾塔每層氣液接觸塔的受液區和降液區交替與 分隔板和半圓形弧頂相連。
[0018] 上述技術方案中，優選地，分壁精餾塔塔板上下兩側的降液管分交替與分隔板和 塔內壁相連。
[0019] 上述技術方案中，優選地，分壁精餾塔塔板的開孔率為5%-20%
[0020] 上述技術方案中，優選地，分壁精餾塔氣液接觸塔板上受液區和降液區均設置有 溢流堰。
[0021 ]上述技術方案中，優選地，分壁精餾塔氣液接觸塔板采用浮閥塔板。
[0022] 與現有技術相比較，本實用新型具有以下優點：
[0023] 本實用新型分壁精餾塔塔板上受液區與降液區水平方向保持平行，其中至少有一 個受液區靠近分隔板，同時至少一個降液區靠近塔壁面。這樣的結構有利于受液區的液體 流經鼓泡區到達降液區的距離是相同的，避免了塔板上液流短路及液面梯度過大而造成的 漏液和夾帶現象，從而提高了分壁精餾塔操作的穩定性。
【附圖說明】
[0024] 圖1為本實用新型分壁塔結構示意圖
[0025] 1-公共精餾段;2-分壁區；3-公共提餾段;4-分隔板;5-預分餾段;6-側線出料段； 塔板；
[0026] 圖2為本實用新型塔板結構示意圖
[0027] 8-塔壁;9-受液區；10-受液區溢流堰；11-降液區；12-降液區溢流堰；13-鼓泡區； 14-支撐板
[0028] 圖3為本實用新型塔板結構示意圖
[0029] 圖4為本實用新型塔板結構示意圖
[0030] 圖5為本實用新型塔板結構示意圖 [0031]圖6為對比例塔板結構示意圖
【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖對本實用新型的分壁精餾塔進行詳細說明：
[0033]【實施例1】
[0034]待分離原料由原料罐A，經進料栗、原料預熱器進入到分壁塔的分壁區（2)預分餾 段(5)，在預分餾段(5)汽化后的輕組分上升與回流的液體進行逆流接觸精餾分離，最后在 分隔板頂部會同從分壁塔側線采出側上升的氣體一起經升氣孔上升到公共精餾段（1)，與 塔頂回流的液體進行接觸精餾分離后從塔頂引出，經塔頂冷凝器冷凝后，由液體分配器進 行液相分配，一部分塔頂采出作為產品，其余部分作為塔頂回流經由管道返回塔內，分為兩 路返回到分壁塔分隔板的兩側。分壁塔塔釜內為重組分液體，經塔底冷凝器冷卻后，由塔釜 產品栗打入塔釜產品罐。
[0035] 氣液兩相在氣液接觸塔板上接觸進行傳質、傳熱，塔板上包含受液區（9)、鼓泡區 (13)和降液區（11)，受液區（9)與上一層塔板的降液管相連，鼓泡區介于受液區（9)和降液 區（11)之間是氣液兩相傳質的主要區域，降液區（11)與下一層塔板的降液管相連，下層塔 板的受液區與上層塔板的降液區在同一側，下層塔板的降液區與上層塔板的受液區在同一 偵L上層塔板降液區的液體通過降液管流入下層塔板的受液區上。經過多層塔板的氣液傳 質、傳熱，輕組分、中組分和中間組分最終實現分離。
[0036] 中間分壁區采用具有弓形降液管的分壁精餾塔塔板，塔板由不銹鋼制成，如圖2 所示，塔板包括受液區（9)、溢流堰（10)、鼓泡區（13)、降液區（11)，受液區（9)與降液區（11) 面積之比為0.9;塔板高度為450mm，溢流堰高度為50mm，塔板開孔率為12 %。
[0037] 經72小時現場試驗表明，該裝置可以實現連續、可控、穩定的運行，未出現漏液和 過量液沫夾帶現象。
[0038]【實施例2】
[0039]工藝流程同【實施例1】，中間分壁區采用具有圓弧形降液管的分壁精餾塔塔板，塔 板由不銹鋼制成，如圖3所示，塔板包括受液區（9)、溢流堰（10)、鼓泡區（13)、降液區（11)， 受液區（9)與降液區（11)面積之比為1.1;塔板高度為450mm，溢流堰高度為50mm，塔板開孔 率為12%。
[0040] 經72小時現場試驗表明，該裝置可以實現連續、可控、穩定的運行，未出現漏液和 過量液沫夾帶現象。
[0041 ]【實施例3】
[0042] 工藝流程同【實施例1】，中間分壁區采用具有類圓弧形降液管的分壁精餾塔塔板， 塔板由不銹鋼制成，如圖4所示，塔板包括受液區（9)、溢流堰（10)、鼓泡區（13)、降液區 (11)，受液區（9)與降液區（11)面積之比為1;塔板高度為450mm，溢流堰高度為50mm，塔板開 孔率為8 %。
[0043] 經72小時現場試驗表明，該裝置可以實現連續、可控、穩定的運行，未出現漏液和 過量液沫夾帶現象。
[0044] 【實施例4】
[0045] 工藝流程同【實施例1】，中間分壁區采用具有類圓弧形降液管的分壁精餾塔塔板， 塔板由不銹鋼制成，如圖5所示，塔板包括受液區（9)、溢流堰（10)、鼓泡區（13)、降液區 (11)，受液區（9)與降液區（11)面積之比為1;塔板高度為450mm，溢流堰高度為50mm，塔板開 孔率為10%。
[0046] 經72小時現場試驗表明，該裝置可以實現連續、可控、穩定的運行，未出現漏液和 過量液沫夾帶現象。
[0047] 【對比例1】
[0048] 工藝流程同【實施例1】，中間分壁區采用具有扇形降液管的分壁精餾塔塔板，塔板 由不銹鋼制成，如圖5所示，塔板包括受液區（9)、溢流堰（10)、鼓泡區（13)、降液區（11)，受 液區（9)與降液區（11)面積之比為1;塔板高度為450_，溢流堰高度為50mm，塔板開孔率為 10%〇
[0049] 經72小時現場試驗表明，該裝置操作空間小、液流在塔板上容易短路的，造成過量 霧沫夾帶和漏液。
[0050] 顯然，采用本實用新型的裝置，可以達到連續、可控、穩定的運行，強化分壁精餾工 藝目的，具有較大的技術優勢。
【主權項】
1. 一種分壁精餾塔板，其包括受液區（9)、溢流堰（10)、鼓泡區（13)、降液區（11)，其特 征在于受液區(9)與降液區（11)分別分布在半圓形弧頂和分隔板一側。2. 按照權利要求1所述的分壁精餾塔板，其特征在于受液區（9)與降液區（11)之比為 0.6~1.5〇3. 按照權利要求1所述的分壁精餾塔板，其特征在于受液區（9)與降液區（11)形狀為弓 形、類弓形、圓弧形和類圓弧形。4. 一種分壁精餾塔，在精餾塔的縱向設置一塊分隔板(4)，將精餾塔內空間分成上部公 共精餾段（1)、中間分壁區（2)和下部公共提餾段(3)，中間分壁區兩側為預精餾段(5)和側 線采出段(6);其特征在于中間分壁區采用權利要求1-3任一項所述分壁塔塔板。5. 按照權利要求4所述的分壁精餾塔，其特征在于，分壁區每層塔板的受液區與上一層 塔板的降液管相通，鼓泡區（13)介于受液區（9)和降液區（10)之間是氣液兩相傳質的主要 區域，降液區與下一層塔板的降液管相連，受液區與降液區水平方向保持平行，其中至少一 個受液區靠近分隔板，同時至少一個降液區靠近半圓形弧頂。6. 按照權利要求4所述的分壁精餾塔，其特征在于，所述的分壁精餾塔每層氣液接觸塔 的受液區和降液區交替與分隔板和半圓形弧頂相連。7. 按照權利要求4所述的分壁精餾塔，其特征在于，所述的分壁精餾塔塔板上下兩側的 降液管分交替與分隔板和塔內壁相連。8. 按照權利要求4所述的分壁精餾塔，其特征在于，所述的分壁精餾塔塔板的開孔率為 5%-20%〇
【文檔編號】B01D3/28GK205549653SQ201520817401
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2015年10月21日
【發明人】王清立, 陳亮, 鐘思青, 郭艷姿
【申請人】中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司上海石油化工研究院