專利名稱：汽液隔離相變全效塔板與小板距精餾塔的制作方法
技術領域：
本發明是關于化工生產的汽液傳質設備中的板式塔、尤其是塔板結構的創新。
背景技術：
精餾塔是各種化工生產流程中進行液態多組分分離的最常用設備，精餾塔分為板式塔和填料塔，板式塔使用較多，板式塔的核心部件是塔板，有泡罩、浮閥、篩板等多種形式的塔板，現有塔板通過使汽液兩相密切接觸，接觸中汽相被部分液化同時液相被部分汽化，達到傳質的目的。這樣不可能達到傳質平衡、板效率總是小于1(王箭，化工辭典，化學工業出版社，200 年8月第四版，p897)。
現有塔板的結構，汽相穿過板孔再穿過液相，這就帶來板孔漏液、汽相中液沫夾帶、甚至板間充滿汽液混合物的“液泛”等一系列的不利現象，為此必須有較大的板間距。
發明內容
本發明的目的是為了解決如上所述精餾塔的板數多、板效率低、板間距大等問題。
本發明總的構思是拋棄目前汽液兩相在直接接觸中汽相被部分液化同時液相被部分液化的傳質方式，采用汽液兩相隔離、互不接觸，在間接傳熱中汽相被平衡分凝同時液相被平衡蒸餾的方式。
附
圖1中左圖是t-X、t-Y圖，(t溫度、X液相組成、Y汽相組成)，結合右圖可以表示汽、液相的具體換熱、相變、運動方式等原理。第n+1塊板下面的汽相V(n+1)與第n+1塊板上面的液相L(n+1)，相互逆向流動并通過第n+1塊板進行傳熱。汽相V(n+1)從右向左流動(右圖)，溫度從初始的c點降至d點(左圖)，液相L(n+1)從左向右流動，溫度從初始的e點升至a點。
通過傳熱，V(n+1)、L(n+1)分別被分凝和蒸餾。汽相V(n+1)(c點)經分凝(虛線)得到冷凝液Lv(n+1)(a點)與蒸汽Vv(n+1)(d點)，液相L(n+1)(e點)經蒸餾(實線)得到殘液Ll(n+1)(a點)與蒸汽Vl(n+1)(d點)。蒸汽Vv(n+1)與Vl(n+1)合并上升至n塊板下，作為V(n)被分凝；Lv(n+1)與Ll(n+1)合并匯集，向下流至n+2塊板上，作為第n+2塊板上的液相L(n+2)(a點)。
L(n+2)再在第n+2塊板上被加熱蒸餾，得到殘液Ll(n+2)(b點)與蒸汽Vl(n+2)(c點)，殘液Ll(n+2)向下流至n+3塊板上；蒸汽Vl(n+2)與n+2塊板下的汽相V(n+2)分凝所剩的蒸汽Vv(n+2)合并上升至n+1塊板下，作為汽相V(n+1)進行放熱分凝，得到冷凝液Lv(n+1)(a點)與蒸汽Vv(n+1)(d點)，這樣，a點的液相L(n+2)在n+2塊板上被分離成b點的液相與d點的汽相，達到了最高的分離效果。
與現有塔板相比，本發明的塔板上被蒸餾的液相流動方式不變、蒸餾產生的汽相運動方式不同。被蒸餾液相仍然是通過溢流裝置，從上至下依次流過各塔板；蒸餾產生的汽相冷卻分凝后，得到輕組分濃度更高的蒸汽上升到上一層塔板下面，分凝產生的液相返回塔板繼續蒸餾。
整個過程很像一個多效蒸發器，分凝與蒸餾兩過程之間相互換熱。
下面是實現本發明總構思的一種具體技術方案(附圖2)。
塔板的原則結構如下。將現有精餾塔各式各樣塔板上的板孔去掉作為換熱板1，承載液相，1上設有蒸氣上升管2，管口高出液面，距換熱板1正下方約30毫米加一塊集液板3，匯集凝液。換熱板、集液板共同組成一層塔板。1下方與3上方之間為分凝室4；1上方與3下方之間為蒸餾室5。換熱板1上產生的蒸汽從蒸餾室5經過集液板3與降液管9之間的通道7進入分凝室4(虛線箭頭)被分凝，分凝產生的液體也是通過通道7從集液板3向下的折引板6流到換熱板4(點劃線箭頭)、分凝的剩余蒸汽通過蒸汽上升管2、再通過通道7進入上層分凝室(虛線箭頭)。
保留現有塔板的降液管9及溢流堰8，使液相從上至下依次從各換熱板4上流過(實線箭頭)。
以上的塔板可以直接用在現有精留塔上，提高效率、減少板數。
這種塔板更可以設計出塔高成倍降低的精餾塔。因為本發明的精餾塔無板孔漏液、液沫夾帶等不利現象，可以將板間距降低到很小。換熱板與其下方的集液板之間的分凝室一般高約為20-80毫米，只要保證其汽相有足夠的停留時間，被適當分凝即可。集液板與其下方的換熱板之間的蒸餾室高(也就是板間距)約30毫米，只要保證蒸汽的正常擴散即可。而現有板間距為300-800毫米(國家醫藥管理局上海醫藥設計院，化工工藝設計手冊，化學工業出版社，1996年第2版，p4-452至p4-458)，新塔降低至了現有板間距的十分之一以下。現有的精餾塔如果采用20-80毫米的板間距，是根本不可想象的。
除了板間距小外，本發明的塔的技術特征還有在進料口的兩塔板之間必須是現有正常的板間距300-800毫米(以容納突然涌進塔內的大量物料)；塔頂處第一塊換熱板產生的蒸汽靠冷卻水進行分凝，凝液作為第一塊換熱上的液相，分凝剩余蒸汽作為塔頂產物，再被終凝器全凝。
本發明的塔板和現有技術相比有明顯的優點和積極效果。現有塔板汽液兩項直接接觸進行傳質，不可能達到汽液兩相間的組分平衡，因為汽液兩相間的傳質推動力必須大于零，而一旦平衡該推動力等于零；本發明的塔板分凝和蒸餾的推動力就是換熱板上下的溫差，由于是汽液相逆向流動，全板上保持了一定的溫差，在推動力大于零的條件下，實現了蒸發與分凝的平衡，因此，板效率可以達到1。
本發明的精餾塔，板效率高、板數少、板間距小、塔高大為降低。
具體實施例下面結合附圖和實施例(可以有多個實施例)對本發明進一步說明。
實施例1每層塔板整體上就是一個塔節(附圖3的實線)，塔節主要由垂直的柱殼10、集液板3和換熱板1組成。換熱板1為盡量薄(約0.5毫米，傳熱塊)的薄板，板面沖壓成一組走向垂直于溢流堰的“v”形凹槽(有點像石棉瓦、只是凹槽之間距離較大、板上有平面部分)，凹槽起著加強承重能力、引導板上液相流動、聚集板下冷凝液的作用。為使換熱板上液層厚度均勻，換熱板在溢流堰一側要低5毫米左右(視液相黏度定)，沿流動方向的形成一個斜坡。集液板可以水平放置、也可與換熱板平行傾斜便于冷凝液流動，集液板在降液管一側向下彎折出(或焊有)矩形板6，引導凝液從通道7下移。柱殼10下方焊有兩道圓形扁鋼，形成圓形填料槽12，上層塔節(附圖3的實線)的填料槽供下層塔節(附圖3的雙點劃線)的柱殼的上方插入。所有插接面要加工平齊，在壁外均布的軸向螺桿拉筋(未畫出)和槽內填料的作用下，各塔節形成密閉的整體。
柱殼10為高100毫米左右的柱狀圓管，管內焊有矩形板11，11平行于矩形板6、與管壁之間形成弓形的降液管9，矩形板11上部高出換熱板1的部分形成溢流堰。換熱板1布有平行于矩形板6的一組圓管，就是蒸汽上升管2，管內供蒸汽流動，管間供回流液流動。
以上是塔板結構的描述，下面是全塔的工作過程。每塊塔板的工作原理前面已介紹清楚，本實施例需重點說明的是塔頂與塔底工作過程(附圖4、5)。
第一層塔板的換熱板上的液相被蒸發所產生的蒸汽Vl1與該板下方的分凝室的分凝后剩余的蒸汽Vv2合并上升，與塔頂分凝器11內的冷凝水10換熱而被分凝，得到的液相Lv1作為回流液L1，分凝剩余的蒸汽Vv1作為塔頂的汽態產物VD，送往塔外終凝器(附圖4)。
塔底處，外來水蒸汽12通入再沸器15，加熱并汽化部分器內的液相，產生的蒸汽14流入塔最底部的分凝室4，通過最下面一塊換熱板放熱并被分凝，凝液作為回流到再沸器液體13的一部分，剩余蒸汽通過蒸汽上升管2進入上層分凝室4。最下面一塊換熱板的上液相被部分蒸發產生的蒸汽通過通道7也進入該分凝室，蒸發剩余的液相作為回流到再沸器液體13的另一部分。再沸器內液體被部分汽化后所剩的殘液就是塔底產物16(附圖5)。
實施例2實施例2與實施例1不同之處是在第1塊塔板的換熱板上方塔頂內設置列管水冷凝器由塔外分凝器代替。
權利要求
1.一種精餾塔的塔板裝置，其特征在于，氣液兩相在間接傳熱中氣相被平衡分凝同時液相被部分汽化平衡蒸發。
2.根據權力要求1的塔板裝置，設有降液管和溢流堰，其特征在于，每層塔板由一塊無板孔的換熱板和一塊凝液板組成，形成蒸餾室與分凝室，并設有連接兩室的氣液相通道，還設有蒸汽上升管。
3.一種精餾塔，采用了權力要求2的塔板，其特征在于，進料口處上下兩板之間的凈距離為300-800毫米，其它處這一距離為20-80毫米，塔頂有分凝器和終凝器。
4.根據權力要求3的精餾塔，其特征在于，全塔包括若干個塔節，塔節下方焊有一個圓形的填料槽，槽中填有填料，全塔有軸向螺桿拉筋，每個塔節包括柱殼、集液板和換熱板，柱殼內焊有兩塊形狀不同彼此平行的矩形板，分凝器位于塔內，塔頂有物料蒸汽出口，塔底有汽態物料進口和液態物料出口。
5.根據權力要求3的精餾塔，其特征在于，全塔包括若干個塔節，塔節下方焊有一個圓形的填料槽，槽中填有填料，全塔有軸向螺桿拉筋，每個塔節包括柱殼、集液板和換熱板，柱殼內焊有兩塊形狀不同彼此平行的矩形板，分凝器位于塔外。
全文摘要
一種平衡分凝蒸餾全效塔板和一種小板距精餾塔，是對于塔尤其是塔板的創新，目的是解決目前存在的板效率低、板數多、板間距大等問題。本發明拋棄了目前的氣液兩相在直接接觸中進行的無法達到平衡的傳質方式，采用氣液兩相在間接傳熱中氣相被分凝同時液相被蒸餾的液態多組分平衡分離的方式。全塔的精餾過程很像多效蒸發器，冷凝與蒸發之間相互換熱。本發明有如下優點板效率高、塔板數少、板間距小、塔高低。
文檔編號B01D3/32GK101036840SQ20061006775
公開日2007年9月19日 申請日期2006年3月16日 優先權日2006年3月16日
發明者郭曉峰, 丁一慧 申請人:太原理工大學