隔板精餾塔的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及精餾塔，更具體地涉及適用于分離包含至少三種沸點不同的組分的混合物的隔板精餾塔(DWC)。
【背景技術】
[0002]精餾是在石化、化學和煉油工業中用于分離揮發性化合物的已充分開發的單元操作。在常規精餾塔中，通常將進料分離成兩股產物流:塔頂產物(即輕產物)和塔底產物(即重產物)。但有時期望將包含多種組分或成分的進料分離成三個組分部分或餾分。當所述組分餾分具有差異較大的沸點時，如本領域已知的那樣，能夠通過使用串聯的兩個或更多個精餾塔來容易地實現分離。然而，采用多個塔需要使用相應數量的再沸器、冷凝器和控制設備以及將這兩個或更多個塔串聯互連的管路。因此，在一組精餾塔中實施分離不僅需要相當大的裝置和設備支出，而且還需要相當大的能量輸入。因此，這種多級精餾工藝的操作成本較高。
[0003]為了節省多組分料流的分離費用，現有技術中已經提出使用具有大致直立地(vertically)設置在塔內的隔板的單塔來實現三種組分餾分的分離。這種設備通常稱作隔板精懼塔(Divided Wall Column, DWC)。用于精懼塔的隔板或Petlyuk構造最初是由Petlyuk等在大約60多年前提出的。如授予R.0.Wright的美國專利2，471，134號的公開內容所證實地，DWC已經被用于分離烴混合物。近來，由于更加深刻地認識到在某些情況下DWC能夠提供超過常規精餾塔的益處，因而DWC的使用已逐漸推廣開來。
[0004]迄今為止，已經開發出了適用于各種應用的諸多DWC。根據隔板沿隔板精餾塔的縱軸在塔中所處的位置，現有的DWC可大致分為三類。
[0005]在第一類DWC中，隔板位于塔的精餾段(即上部)中，將該精餾段分隔成兩個隔開的區，使得能夠使用單塔獲得至少兩種塔頂(頂部)產物和一種塔底產物。這類DWC的實例可參見例如美國專利5，755，933號，其通過引用并入本文。
[0006]在第二類DWC中，隔板位于塔的中部，將該塔的內部空間分割成四個區:隔板之下的汽提區、隔板之上的精餾區、隔板一側的預分餾區和隔板另一側的主分餾區。多組分進料被供給到預分餾區中，從精餾區取出塔頂(頂部)產物，從汽提區取出塔底產物，并從主分餾區取出中間(中部)產物。這類DWC的實例可參見例如美國專利2，471，134、4，230，533、6，551，465,7, 649，108和7，521，576號和美國專利申請公開2003/0230476號，其各自通過引用并入本文。
[0007]在第三類DWC中，隔板位于塔的汽提段(即下部)中，將該汽提段分隔成兩個隔開的區，使得能夠使用單塔獲得至少一種塔頂(頂部)產物和兩種塔底產物。這類DWC的實例可參見例如美國專利5，755,933號和中國專利203494195U號，其各自通過引用并入本文。
[0008]在各類DWC中，通常在一個或多個區中設置傳質元件(例如塔盤和填料)以實現分離過程。此外，為了支撐所述傳質元件或進一步提高分離性能，還會設置一些塔內件，例如集液器、環形槽(ring channel)、氣/液分布器和支撐元件，尤其是設置在隔板所處的段(即隔板段)中。這種塔內件通常通過使其一端固定到塔壁上且另一端固定到隔板上來安裝，以實現牢靠的固定。然而，這種塔內件構造可能會造成一些問題。例如，由于隔板的制造缺陷和/或隔板在操作過程中在高溫和/或高應力下的變形，固定到隔板上的塔內件可能會發生錯位(misalignment)。而塔內件(例如氣/液分布器)的這種錯位可能會造成蒸汽或液體物料在傳質元件(例如精懼塔盤和/或填料)上的分布不當(misdistribut1n),進而導致塔的總體分離性能劣化。
[0009]因此，仍需要能夠避免現有技術中存在的上述缺陷的新型隔板精餾塔。
【發明內容】
[0010]本發明的目的是提供能夠將包含至少三種沸點不同的組分的進料分離成至少三種產物的隔板精餾塔，其能夠最小化乃至避免隔板的任何制造缺陷和任何變形對該塔的總體性能的影響。
[0011]本發明的上述目的可通過使設置在塔的隔板段內的塔內件(例如液體分布器)與隔板脫離開(decouple)來實現，由此使得隔板的任何制造缺陷和任何變形對所述塔內件的排列(alignment)影響很小或者沒有影響，而這對于所述塔的功能和分離性能是非常重要的。
[0012]在一方面，本發明提供了隔板精餾塔，其包括:
[0013]塔體(columnshell)；
[0014]直立地設置在塔體內的隔板，該隔板的上沿和下沿之間限定了隔板段；和
[0015]設置在該隔板段內的液體分布器，其特征在于:
[0016]所述液體分布器僅固定到塔體上而并未固定到隔板上。
[0017]在本發明的隔板精餾塔中，通過使液體分布器與隔板脫離開，使得隔板的任何制造缺陷和隔板在高溫和/或高應力下的任何變形對所述液體分布器的排列影響很小或者沒有影響，進而對蒸汽和/或液體在隔板段內的分布影響很小或者沒有影響，從而使所述塔即使在長期操作期間也能維持穩定的性能。
【附圖說明】
[0018]基于結合附圖進行的以下詳細描述，本發明的其他目的和優點將變得顯而易見，所述附圖是以對本發明的某些實施方式進行舉例說明的方式給出的。
[0019]圖1是依照本發明一實施方式的隔板精餾塔的示意圖。
[0020]圖2是圖1所示塔的局部放大圖，示意性地顯示了其隔板段。
[0021]圖3是圖2所示隔板段的橫截面圖，示意性地顯示了液體分布器在該隔板段內的布置。
[0022]圖4是常規隔板精餾塔的橫截面圖，示意性地顯示了液體分布器在其隔板段內的布置。
[0023]圖5是常規隔板精餾塔的橫截面圖，示意性地顯示了隔板的變形，其中為清楚起見省略了液體分布器。
【具體實施方式】
[0024]如上所述，本發明涉及對現有DWC的改進，其中使設置在隔板段內的塔內件與隔板脫離開，從而最小化乃至避免了隔板的任何制造缺陷和任何變形對所述塔內件的排列的影響。
[0025]在一方面，本發明提供了隔板精餾塔，其包括:
[0026]塔體；
[0027]直立地設置在塔體內的隔板，該隔板的上沿和下沿之間限定了隔板段；和
[0028]設置在該隔板段內的液體分布器，其特征在于:
[0029]所述液體分布器僅固定到塔體上而并未固定到隔板上。
[0030]在本發明的某些實施方式中，所述塔包括以相互平行的方式設置在隔板段內的多個液體分布器。對本發明所用的液體分布器沒有特別限制，即適合用在精餾塔中的任何液體分布器都能夠用于本發明的隔板精餾塔中。特別地，所述液體分布器可選自氣體分布器、液體分布器及它們的組合。優選地，所述液體分布器包括液體分布器。
[0031]在本發明的隔板精餾塔中，對隔板在塔體內的縱向位置沒有特別限制，即該隔板能夠位于沿所述塔體的縱軸的任意位置。在本發明的優選實施方式中，所述塔可以包括一個或多個隔板，各自獨立地以如下方式中的一種設置在所述塔體內:i)設置在塔體的上部并與塔體的側壁和頂部相連；ii)設置在塔體的中部并與塔體的側壁相連；和iii)設置在塔體的下部并與塔體的側壁和底部相連。在本發明進一步優選的實施方式中，所述塔可以具有前文所述三類DWC中任一類的結構。在本發明最優選的實施方式中，所述塔具有前文所述的第二類隔板精餾塔的結構。在一具體的實施方式中，所述隔板設置在塔體的中部，將該塔體的內部空間分割成四個區:位于隔板段之下的汽提區、位于隔板段之上的精餾區；位于隔板段內隔板一側的預分懼區(pre-fract 1nat 1n)、和位于隔板段內隔板另一側的主分餾區(main fract1nat1n)，其中所述液體分布器設置在預分餾區和/或主分餾區內。
[0032]在本發明的隔板精餾塔中，所述隔板段被隔板分隔成至少兩個區，其中各個區的橫截面積可以相同或不同。在一優選的實施方式中，所述隔板段被分隔成兩個具有相同橫截面積的區。在另一優選實施方式中，所述隔板段被分隔成兩個具有不同橫截面積的區。
[0033]在本發明的某些優選實施方式中，所述塔配備有至少一個再沸器和/或至少一個冷凝器。所述再沸器可以是化學工業中常見的任意類型，包括但不限于:降膜蒸發器、強制循環蒸發器、池沸騰(罐)蒸發器(pool boiling (kettle) evaporator)、自然循環蒸發器等。所述冷凝器可以是化學工業中常用的任意類型，包括但不限于:并流和逆流(逆行(knockback))冷凝器。
[0034]在本發明的某些優選實施方式中，所述塔可配備有化學工業中常用的任意傳質元件。實例包括但不限于:篩板塔盤、浮閥塔盤、泡罩塔盤，以及規整填料和無規填料。在本發明進一步優選的實施方式中，所述塔在隔板段內進一步設置有包括規整填料的傳質元件。
[0035]在本發明的某些優選實施方式中，所述塔可以進一步包括設置在隔板段內的不同于液體分布器的塔內件，且所述塔內件優選僅固定到塔體上而并未固定到隔板上。所述塔內件可以是精餾塔中常用的任意類型，包括但不限于:集液器、環形槽和填料支架。
[0036]在本發明的隔板精餾塔中，所述液體分布器和/或其它塔內件，如果存在的話，可以現有技術中慣用的任意方式固定到塔體上，包括但不限于焊接、螺栓連接和/或鉚接。
[0037]本發明的隔板精餾塔適用于能夠在現有的隔板精餾塔中實施的任何分離過程，例如US 7，521，576B、US 7,649， 108B、US 20030230476A、CN 203494195U和CN 101429089A 中描述的分離過程，其各自通過引用并入本文。例如，本發明的隔板精餾塔適用于分離由苯胺/甲醛縮合物的光氣化得到的包含2，2' - 二異氰酸根合二苯基甲烷、2，4' -二異氰酸根合二苯基甲烷和4，4' -二異氰酸根合二苯基甲烷的混合物；由TDI制備過程得到的包含甲苯二異氰酸酯(TDI)、TD1-殘余物、可水解的氯化物和鄰二氯苯的混合物；以及由苯乙烯制備過程得到的包含甲苯、乙苯和苯乙烯的混合物。
[0038]圖1示意性地顯示了依照本發明一實施方式的隔板精餾塔，其包括塔體1、再沸器
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