本發(fā)明涉及化學(xué)工程精餾分離領(lǐng)域，具體為一種隔板塔的氣相分配裝置。

背景技術(shù)：

精餾是化工生產(chǎn)中一項(xiàng)能耗很高的單元操作，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，其能耗占到石化行業(yè)生產(chǎn)總能耗的一半左右。因此精餾過程的節(jié)能研究有著十分重要的意義。近幾十年來基于完全熱耦合蒸餾原理開發(fā)的隔板塔已成功獲得工業(yè)應(yīng)用。隔板塔的主要特征是塔內(nèi)存在一塊或多塊隔板，將塔內(nèi)分成若干個(gè)獨(dú)立的氣液接觸區(qū)域或空間，每一個(gè)區(qū)域針對(duì)不同的關(guān)鍵組分完成不同的分離任務(wù)(主要控制本區(qū)域內(nèi)最容易分離開的輕重組分濃度而中間組分濃度則允許在本區(qū)域頂部和底部有一定自由度的分配)，通過層層分離、逐步細(xì)化，最終得到純度很高的多個(gè)產(chǎn)品。故隔板塔可看作是傳統(tǒng)多組分分離的多塔序列借助于隔板而集成在一個(gè)塔內(nèi)。這樣，不僅能耗大大節(jié)省，而且可以節(jié)省蒸餾塔及其附屬設(shè)備，如再沸器、冷凝器、塔頂回流泵及管道，占地面積也相應(yīng)減少。

隔板塔從其概念提出到工業(yè)應(yīng)用，經(jīng)歷很長(zhǎng)一段發(fā)展時(shí)期，究其原因主要是熱耦合引起的系統(tǒng)復(fù)雜度增加，給其設(shè)計(jì)、操作和控制等方面帶來嚴(yán)重困難。其中隔板塔內(nèi)部互聯(lián)氣液流股的分配及實(shí)現(xiàn)就是一個(gè)非常重要的影響因素。研究表明，液體和氣體分配比存在一個(gè)優(yōu)化操作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)操作對(duì)應(yīng)于最低能耗。如果隔板塔未在其最優(yōu)氣液分配比下運(yùn)行，則其節(jié)能優(yōu)勢(shì)就會(huì)變?nèi)跎踔镣耆珕适А?/p>

目前，普遍采用氣體在隔板兩側(cè)自由分配的方式，自由分配的比值是由隔板塔內(nèi)部構(gòu)件如填料高度、塔板層數(shù)、流動(dòng)通道面積等和塔內(nèi)的操作工況決定的，塔底的上升氣體將遵循左右兩側(cè)壓降相等的規(guī)律自動(dòng)地分配到隔板兩側(cè)。由于進(jìn)料組成和狀態(tài)的變化以及液體的分配比例等都會(huì)成為影響氣體分配的重要因素，因而在隔板兩側(cè)自動(dòng)分配的氣體流量比值常常不能達(dá)到隔板塔最優(yōu)的操作狀況。

中國(guó)專利CN105498268A公開了一種隔板塔氣相流量控制方案，利用一臺(tái)自循環(huán)泵控制隔板塔一側(cè)塔板上的液位，制造隔板兩側(cè)不同的壓力降，以實(shí)現(xiàn)隔板兩側(cè)塔盤上壓力的不同。因氣相流體經(jīng)過塔板時(shí)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的壓降，通過控制隔板塔兩側(cè)壓降的不同，對(duì)隔板兩側(cè)氣相流量進(jìn)行相應(yīng)的控制。該裝置只是通過控制壓降來調(diào)節(jié)氣相流量，也是相當(dāng)于在隔板兩側(cè)自由分配，自由分配的比值并不能精確控制。

中國(guó)專利CN205145640U公開了一種用于分壁精餾塔的氣體分配裝置，該裝置通過流量測(cè)量裝置測(cè)量進(jìn)氣通道內(nèi)氣體的實(shí)際流量，然后根據(jù)流量通過控制器調(diào)節(jié)裝在進(jìn)氣通道上的隔板開孔面積，最終調(diào)節(jié)氣體的流量。該裝置只是調(diào)節(jié)隔板兩側(cè)的氣體流量，而氣體的波動(dòng)情況很容易影響到流量的測(cè)量從而影響氣體的分配。同時(shí)該裝置并未考慮到壓降問題，壓降是影響隔板塔分離效率的最重要因素之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)目前工業(yè)生產(chǎn)中隔板塔氣體分配難以控制以及隔板兩側(cè)自動(dòng)分配的氣體流量比值常常不能達(dá)到隔板塔最優(yōu)操作狀況的問題，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是，提供一種隔板塔的氣相分配裝置，該裝置可以控制進(jìn)入隔板塔兩側(cè)氣體的量，同時(shí)可以很好地解決隔板塔的氣體調(diào)配以及氣體分布問題。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：提供一種隔板塔的氣相分配裝置，其特征在于該裝置包括液位自動(dòng)控制系統(tǒng)、氣體分布器、壓降調(diào)節(jié)板和帶有升氣管道塔板，所述帶有升氣管道塔板設(shè)置在隔板塔內(nèi)，且位于塔內(nèi)填料下方，壓降調(diào)節(jié)板位于帶有升氣管道塔板上方，帶有升氣管道塔板的邊緣與隔板塔的塔壁封閉連接，氣體分布器和壓降調(diào)節(jié)板與隔板塔塔壁之間在兩側(cè)均設(shè)有間隙，在壓降調(diào)節(jié)板和帶有升氣管道塔板之間、且位于隔板塔外部設(shè)置液位自動(dòng)控制系統(tǒng)；在位于壓降調(diào)節(jié)板和帶有升氣管道塔板之間的隔板上設(shè)置長(zhǎng)孔。

所述帶有升氣管道塔板位于隔板塔預(yù)分餾段的區(qū)域設(shè)有若干數(shù)量的開孔，每個(gè)開孔上都加有升氣管道；所述壓降調(diào)節(jié)板位于預(yù)分餾段與主分餾塔段的區(qū)域內(nèi)均設(shè)有開孔，且位于預(yù)分餾段的區(qū)域的總開孔面積小于位于主分餾段的區(qū)域的總開孔面積，使得氣體通過分配裝置以后隔板兩側(cè)壓差保持一致。

一種隔板塔，該隔板塔安裝有上述的氣相分配裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活、經(jīng)濟(jì)實(shí)用，同時(shí)易于控制與安裝。當(dāng)前的隔板塔普遍采用氣體在隔板兩側(cè)自由分配的方式，而本發(fā)明裝置可以自動(dòng)控制隔板塔兩側(cè)氣體量的分配；由于進(jìn)料組成和狀態(tài)的變化以及液體的分配比例等都會(huì)影響氣體分配，當(dāng)隔板兩側(cè)液體的分配比例發(fā)生變化時(shí)，此裝置可以根據(jù)液體的變化情況自動(dòng)調(diào)節(jié)氣體的分配狀況，從而使隔板兩側(cè)一直處于隔板塔最優(yōu)操作狀況，節(jié)省了原料以及能源的浪費(fèi)。

2)本發(fā)明氣體分配裝置由于液位自動(dòng)控制系統(tǒng)裝在壓降調(diào)節(jié)板與帶有升氣管道塔板之間，可以精確控制液位的高低，以便對(duì)隔板精餾塔隔板兩側(cè)的氣體流量進(jìn)行精確分配，并對(duì)出氣體分配裝置的氣體進(jìn)行了預(yù)分布，使上升氣體更均勻，裝置體積小，操控簡(jiǎn)便，取得了較好的技術(shù)效果。

3)本發(fā)明氣體分配裝置通過帶有升氣管道塔板3上液位高度控制進(jìn)氣量，可以小幅度改變氣流流量，也可以大幅度調(diào)整進(jìn)氣孔的面積，進(jìn)而大幅度調(diào)整隔板兩側(cè)的流量，因而該方法的操作彈性很大。

4)本發(fā)明的氣體分配裝置具有獨(dú)立的氣體、液體通道，進(jìn)入到該裝置中的氣、液兩相分別通過各自的通道流通，避免了液體與氣體接觸后產(chǎn)生霧沫夾帶以及液泛等不良影響。

5)本發(fā)明的氣體分配裝置具有集氣體調(diào)配和氣體分布于一體的調(diào)節(jié)優(yōu)勢(shì)，塔中隔板上的長(zhǎng)孔解決了隔板兩側(cè)的氣體分配問題；氣體分布器使得氣體分配以后分布更加均勻，同時(shí)解決了隔板塔隔板兩側(cè)氣體調(diào)配和氣體分布不均勻的難題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明隔板塔的氣相分配裝置安裝的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；

圖2為本發(fā)明隔板塔的氣相分配裝置一種實(shí)施例的帶有升氣管道塔板3的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明隔板塔的氣相分配裝置一種實(shí)施例的壓降調(diào)節(jié)板2的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明隔板塔的氣相分配裝置一種實(shí)施例的隔板4的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1—?dú)怏w分布器；2—壓降調(diào)節(jié)板；3—帶有升氣管道塔板；4—隔板；5—液位自動(dòng)控制系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步詳細(xì)敘述本發(fā)明，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。

本發(fā)明隔板塔的氣相分配裝置(簡(jiǎn)稱裝置，參見圖1-4)包括液位自動(dòng)控制系統(tǒng)5、氣體分布器1、壓降調(diào)節(jié)板2和帶有升氣管道塔板3，所述帶有升氣管道塔板3設(shè)置在塔內(nèi)，且位于塔內(nèi)填料下方，壓降調(diào)節(jié)板2位于帶有升氣管道塔板3上方，氣體分布器1位于壓降調(diào)節(jié)板2的上方，帶有升氣管道塔板3的邊緣與隔板塔的塔壁封閉連接，氣體分布器1和壓降調(diào)節(jié)板2與隔板塔塔壁之間在兩側(cè)均設(shè)有間隙，在壓降調(diào)節(jié)板2和帶有升氣管道塔板3之間，且位于隔板塔外部設(shè)置液位自動(dòng)控制系統(tǒng)5；在位于壓降調(diào)節(jié)板2和帶有升氣管道塔板3之間的隔板4(參見圖4)上設(shè)置長(zhǎng)孔，長(zhǎng)孔的開孔面積根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)要求來設(shè)定，氣體由升氣管道進(jìn)入隔板塔內(nèi)的同時(shí)一部分進(jìn)入預(yù)分餾塔段，另外一部分則由長(zhǎng)孔進(jìn)入主分餾塔段；

所述帶有升氣管道塔板3位于隔板塔預(yù)分餾段的區(qū)域設(shè)有若干數(shù)量的開孔(參見圖2)，每個(gè)開孔上都加有升氣管道，位于主分餾段的區(qū)域封閉，即不開孔；所述壓降調(diào)節(jié)板2(參見圖3)位于預(yù)分餾段與主分餾塔段的區(qū)域內(nèi)均設(shè)有開孔，且位于預(yù)分餾段的區(qū)域的總開孔面積小于位于主分餾段的區(qū)域的總開孔面積，使得氣體通過分配裝置以后隔板4兩側(cè)壓差保持一致。

本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于所述液位自動(dòng)控制系統(tǒng)5采用RHFA液位控制儀。

本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于所述隔板4開有長(zhǎng)孔的位置上設(shè)有除霧沫裝置。

本發(fā)明還保護(hù)一種安裝有上述的氣相分配裝置的隔板塔。

本發(fā)明氣相分配裝置的工作原理及過程是：通過液位自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)回流到塔內(nèi)的流量進(jìn)行控制，從而控制著帶有升氣管道塔板3上的液位高度，帶有升氣管道塔板3上液位高度的變化來調(diào)節(jié)隔板4所開長(zhǎng)孔的截面積，最終效果相當(dāng)于調(diào)節(jié)隔板4上長(zhǎng)孔的截面積來調(diào)節(jié)進(jìn)入(本發(fā)明裝置中隔板4上長(zhǎng)孔的面積在設(shè)計(jì)初已經(jīng)確定，只是由于帶升氣管道塔板3上液位高度的不同，導(dǎo)致結(jié)果相當(dāng)于長(zhǎng)孔面積改變)主分餾段的氣體的量；氣體通過隔板4的量由帶有升氣管道塔板3上的液位控制，液位高低由液位自動(dòng)控制系統(tǒng)5調(diào)節(jié)，液體通過液位自動(dòng)控制系統(tǒng)5回流到塔釜進(jìn)行循環(huán)；當(dāng)隔板左右兩側(cè)液體分配比例變化時(shí)，可以調(diào)節(jié)帶有升氣管道塔板3上液位的高度使兩側(cè)的進(jìn)氣量隨之變化，保持兩側(cè)壓降一樣；在隔板4上的長(zhǎng)孔處有除霧沫裝置，防止氣速過大引起的霧沫夾帶。壓降調(diào)節(jié)板上方的氣體分布器，使得分配以后的氣體分布更加均勻，進(jìn)入隔板塔后氣液接觸更加完全。

本發(fā)明的氣體分配裝置上升氣體自升氣管道向上運(yùn)動(dòng)，而下降液體則經(jīng)過氣體分布器1沿氣體分布器1和壓降調(diào)節(jié)板2與隔板塔塔壁之間兩側(cè)的間隙沿向下流動(dòng)，因此上升氣體和下降液體具有各自獨(dú)立的氣體通道和液體通道，進(jìn)入到該裝置中的氣、液兩相分別通過各自的通道流通，避免了液體與氣體接觸后產(chǎn)生霧沫夾帶以及液泛等不良影響。

本發(fā)明裝置在普通隔板塔底部的隔板進(jìn)行開孔，通過在帶有升氣管道塔板上的液位高度對(duì)通過隔板的氣體流量進(jìn)行控制，即可對(duì)兩側(cè)的氣體分配做到人為控制，同時(shí)當(dāng)液體分布器的液體流量變化時(shí)，氣體的量可以隨之變化，使得隔板兩側(cè)的壓降保持一致，可以使隔板塔一直處于高效運(yùn)行狀態(tài)。

本發(fā)明中帶有升氣管道塔板3可以是一個(gè)普通的塔板，只在位于預(yù)分餾段區(qū)域內(nèi)開孔，開孔率的多少于具體所要分離的物料種類及組成有關(guān)，當(dāng)要分離空氣和水時(shí)，開孔率控制在4％較佳，其上升氣管道的高度要盡量高一些，至少要高于帶有升氣管道塔板3上的液位高度，防止液體從升氣管道向下流出；帶有升氣管道塔板3在主分餾段的區(qū)域內(nèi)封閉。

壓降調(diào)節(jié)板2用了調(diào)節(jié)隔板4兩側(cè)壓差。精餾塔整個(gè)塔的壓降是衡量塔性能的一個(gè)重要指標(biāo)，而在隔板塔中，一般塔底的上升氣體將遵循左右兩側(cè)壓降相等的規(guī)律自動(dòng)地分配到隔板兩側(cè)，但是由于進(jìn)料組成和狀態(tài)的變化以及液體的分配比例等因素，使隔板兩側(cè)壓降并不能達(dá)到隔板塔最優(yōu)操作狀況，壓降調(diào)節(jié)板2在預(yù)分餾段的開孔面積小于在主分餾段的開孔面積，兩個(gè)區(qū)域不同的開孔面積使得通過預(yù)分餾段的壓降與氣體通過隔板到主分餾段的壓降相同。

實(shí)施例1

本實(shí)施例隔板塔的氣相分配裝置包括液位自動(dòng)控制系統(tǒng)5、氣體分布器1、壓降調(diào)節(jié)板2和帶有升氣管道塔板3，所述帶有升氣管道塔板3設(shè)置在塔內(nèi)，且位于塔內(nèi)填料下方，壓降調(diào)節(jié)板2位于帶有升氣管道塔板3上方，氣體分布器1位于壓降調(diào)節(jié)板2的上方，氣體分布器1、壓降調(diào)節(jié)板2和帶有升氣管道塔板3的邊緣均與隔板塔的塔壁連接，在壓降調(diào)節(jié)板2和帶有升氣管道塔板3之間，且位于隔板塔外部設(shè)置液位自動(dòng)控制系統(tǒng)5；在位于壓降調(diào)節(jié)板2和帶有升氣管道塔板3之間的隔板4上設(shè)置長(zhǎng)孔，氣體由升氣管道進(jìn)入隔板塔內(nèi)的同時(shí)一部分進(jìn)入預(yù)分餾塔段，另外一部分則由長(zhǎng)孔進(jìn)入主分餾塔段；

所述帶有升氣管道塔板3位于隔板塔預(yù)分餾段的區(qū)域設(shè)有若干數(shù)量的開孔，每個(gè)開孔上都加有升氣管道，位于主分餾段的區(qū)域封閉，即不開孔；所述壓降調(diào)節(jié)板2位于預(yù)分餾段與主分餾塔段的區(qū)域內(nèi)均設(shè)有開孔，且位于預(yù)分餾段的區(qū)域的開孔面積小于位于主分餾段的區(qū)域的開孔面積，使得氣體通過分配裝置以后隔板4兩側(cè)壓差保持一致。

將本實(shí)施例裝置安裝在一直徑為570mm的冷膜塔中，帶有升氣管道塔板3在預(yù)分餾段的開孔為7個(gè)直徑50mm圓形孔，開孔上的升氣管道由直徑為50mm，高度為300mm的圓管構(gòu)成，升氣管道焊接在對(duì)應(yīng)的開孔處；壓降調(diào)節(jié)板2在預(yù)分餾段區(qū)域內(nèi)的開有一個(gè)直徑為70mm的圓形開孔，在主分餾段區(qū)域內(nèi)的開有兩個(gè)直徑為70mm的圓形開孔；隔板4上開的長(zhǎng)孔的高度為200mm，長(zhǎng)度為100mm，該長(zhǎng)孔控制著進(jìn)主分餾段的氣體流量。

本實(shí)施例所要分配的物料為空氣和水的混合物，下面是本實(shí)施例在空塔氣速為1m/s時(shí)得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

通過以上數(shù)據(jù)，可以更加直觀的看到氣體流量在兩側(cè)的分配比，空塔氣速1m/s時(shí)，隨著液位的升高，氣相流量通過主分餾段的流量越來越少，分配比由0.7減少到0.3，而預(yù)分餾段的氣相流量則從0.3上升到0.7；故而本實(shí)施例裝置可以對(duì)隔板塔兩側(cè)氣相流量的分配精確控制。

本發(fā)明氣體分配裝置通過液位高度控制通過隔板的氣體量，使得隔板兩側(cè)的氣體量比值由0.7:0.3可以轉(zhuǎn)變?yōu)?.3:0.7，而在工業(yè)生產(chǎn)中，隔板兩側(cè)的氣體量比值變化不會(huì)有這么大，故此裝置的操作彈性完全可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的氣體分配要求，可以嚴(yán)格的控制隔板兩側(cè)的氣體量。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。