[發(fā)明專利]一種熱集成管殼式隔壁塔系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011435593.6
• 申請日: 2020-12-10
• 公開（公告）號: CN112774237B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉宏;董宏光;鄒雄;呂文東
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: B01D3/14
• 分類號: B01D3/14;B01D3/42
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明屬于石油、化工精餾分離工藝以及裝備技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種熱集成管殼式隔壁塔系統(tǒng)，包括公共精餾段、管殼式隔壁段、公共提餾段。隔壁段采用N個管殼式塔節(jié)同軸密封連接；塔節(jié)內(nèi)氣密分隔形成主塔、預(yù)分塔；主預(yù)分塔節(jié)內(nèi)部嵌套1#、2#內(nèi)塔盤、1#、2#外塔盤形成雙塔盤結(jié)構(gòu)，增加了傳質(zhì)面積。管殼式隔壁塔的氣相通過主預(yù)分塔盤上的開孔數(shù)、管徑、公共段的氣相分配管的協(xié)同作用來調(diào)節(jié)，增大了氣相分配的均勻程度和調(diào)節(jié)范圍。新型管殼式隔壁塔換熱面積大且靈活，可實現(xiàn)主預(yù)分塔節(jié)氣液兩相的逐級調(diào)節(jié)，安全有效，節(jié)省能量，易于操控，適用于常壓和加壓等多種精餾過程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種熱集成管殼式隔壁塔系統(tǒng)，屬于石油、化工精餾分離工藝以及裝備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

精餾技術(shù)在化工、制藥以及精細(xì)化工等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，整個分離系統(tǒng)中精餾占90％以上，精餾分離中由于熱力學(xué)不可逆性導(dǎo)致效率僅在5～20％，投資和能耗較高。提高精餾效率，實現(xiàn)能源的節(jié)能優(yōu)化，深入研究精餾節(jié)能技術(shù)對我國化工發(fā)展具有重要的意義。近年來，隔壁精餾作為一種精餾節(jié)能技術(shù)，其工業(yè)應(yīng)用受到越來越多的關(guān)注。

隔壁塔作為一種新型的內(nèi)部熱集成的精餾塔，對于三組分或者以上組分物系的分離過程耗能較低。相對于三組分物系傳統(tǒng)的兩塔精餾分離過程，隔壁塔節(jié)省了再沸器和冷凝器，投資和能耗降低20％以上。

傳統(tǒng)的隔壁塔由三個部分組成，上部是公共精餾段，中間部分為主塔和預(yù)分餾塔，底部是公共提餾段。傳統(tǒng)的隔壁塔主塔和預(yù)分餾塔之間用隔板分為兩個部分，隔板作為傳熱壁面，提高了精餾塔內(nèi)部熱量的利用率，提高了精餾的效率。分離過程中，A、B、C三組分混合物進(jìn)料，A為輕組分，B為中間組分，C為重組分，在預(yù)分餾塔內(nèi)初步分離為兩組，A、B組分進(jìn)入主塔上部精餾段，B、C組分進(jìn)入主塔下部提餾段。在主塔頂部收集到A產(chǎn)品，主塔側(cè)線采出B產(chǎn)品，塔底采出C產(chǎn)品。

綜述現(xiàn)存的隔壁塔中存在的問題，隔壁塔的應(yīng)用前景廣闊，但在設(shè)計時也存在局限性，傳統(tǒng)隔壁塔中間設(shè)置隔板，主塔和預(yù)分餾塔之間的傳熱面積受到限制，而且無法靈活分配換熱面積。此外，傳統(tǒng)隔壁塔主塔和預(yù)分餾塔之間用隔板分為兩個部分，全塔壓力串通，汽液的分配過程依靠隔壁塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)和全塔的壓力的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，氣相的分配比較困難，分配比的范圍窄而且不靈活，不利于壓敏性物系的分離。傳統(tǒng)隔壁塔調(diào)節(jié)變量和控制變量之間交互作用復(fù)雜，氣液耦合作用較強(qiáng)，使得適應(yīng)進(jìn)料波動的調(diào)整周期較長，減弱了隔壁塔在工業(yè)應(yīng)用中的節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性。

為了提高隔壁塔的熱力學(xué)效率，引入了優(yōu)化隔壁塔隔壁傳熱面積的方法，如專利CN102657949A通過優(yōu)化隔壁塔中間的傳熱面積提高了熱力學(xué)效率。然而該方法只是優(yōu)化了局部傳熱面積，隔壁塔隔板總傳熱面積仍然受到限制，無法靈活調(diào)配，并且在增大傳熱面積的同時塔體內(nèi)部空間變化，氣體流動阻力變化，整個隔壁塔的分離受到影響。此外，研究者通過調(diào)節(jié)塔內(nèi)氣體分配來提高隔壁塔的效率，如專利CN108126366A利用氣流在凸型曲面的流速不同引起腔室內(nèi)壓力變化來調(diào)節(jié)主預(yù)分塔的壓差。然而該氣體調(diào)節(jié)的裝置壓力調(diào)節(jié)范圍小而且受到限制，該分離過程引入了2臺風(fēng)機(jī)，流速大小通過風(fēng)機(jī)的頻率來調(diào)節(jié)，增加了總設(shè)備投資。

本發(fā)明提出了一種熱集成管殼式隔壁塔系統(tǒng)，隔壁段主預(yù)分餾塔的塔節(jié)采用熱集成的管殼式結(jié)構(gòu)，有效的解決了換熱面積無法靈活分配的問題，提高了塔內(nèi)的熱效率，節(jié)省了能耗。隔壁段塔節(jié)內(nèi)外塔盤配置了雙塔盤結(jié)構(gòu)，增加了傳質(zhì)面積。主預(yù)分塔的液相通過主預(yù)分兩側(cè)的液相分配管來調(diào)節(jié)，主預(yù)分塔的氣相通過主預(yù)分塔盤上的開孔數(shù)、管徑、公共段的氣相分配管的協(xié)同作用來調(diào)節(jié)，氣相分配的均勻程度和調(diào)節(jié)范圍增大，該塔節(jié)構(gòu)型可實現(xiàn)氣液兩相的逐級調(diào)節(jié)。本發(fā)明所述熱集成隔壁塔安全有效，易于操控，換熱面積大且靈活、氣相分配比范圍較寬，節(jié)省能量，適用于常壓和加壓等多種精餾過程。

發(fā)明內(nèi)容