用于隔板塔中的气体调配装置

摘要

本发明用于隔板塔中的气体调配装置，涉及分馏装置，是一种用于分离三组分混合物的隔板塔中的气体调配装置，集气体调配和气体分布于一体，包括流量检测装置、控制器、筒体、方形隔槽、降液管、进气通道、方形阀片调节机构、套筒、转轴、电机和气体分布机构。本发明解决了现有技术的隔板塔中的隔板两侧气体调配和气体分布不均匀的难题。

说明书

技术领域

本发明的技术方案涉及分馏装置，具体地说是用于隔板塔中的气体调配装置。

背景技术

在化工分离过程中，精馏是应用最广泛的分离单元，但缺陷是能耗较高，在炼油、石 化等行业中，其能耗占全过程的比例甚至高达70%，设备投资超过50%。隔板塔作为一新 型精馏塔，对于多组分精馏具有低能耗和低成本的巨大优势。应用于三组分混合物分离的 隔板塔是在普通的精馏塔中沿塔的纵向设置一块隔板，隔板将塔体中部分割成左、右两个 区域，相比于普通的精馏塔，隔板塔底部的上升气体将在隔板两侧进行分配，隔板两侧的 气体分配值影响精馏过程中的产品纯度和能耗，适当的气体分配值不仅可以降低隔板塔的 能耗还可以大幅度地提高精馏产品的纯度。由于气体在隔板两侧分配调节的复杂性，目前， 常常采用气体在隔板两侧自由分配的方式，自由分配的比值是由隔板塔内部构件和塔内的 操作条件决定的，塔底的上升气体将按一定的比例自动地分配到隔板两侧，在隔板两侧自 动分配的气体流量值常常不能达到最优的操作状况，因此，开发一种应用在隔板塔中可以 灵活调配塔底上升气体按需要的分配比分配到隔板两侧的装置是非常有意义的。

US20120103013A1公开的将塔底上升气体按要求调节分配到隔板两侧的方法是采用 上升气体走旁路的方式实现的，将进入隔板两侧的气体先导出塔体然后在导入塔内，以旁 路管道上的阀门进行流量调节，并以管道中的流量信号作为反馈信号，该技术的不足之处 是：①装置中没有气体分布结构，塔底上升气体经过塔外旁路管道调节分配后，直接进入 到隔板两侧，这样会引起隔板两侧气体的不均匀分布；②通过旁路调节的方式，需要采 用带有多处弯头的旁路管道，增加了气体的流动阻力，当旁路管道的流动阻力过大时，在 隔板下部的空腔内会出现憋压情况，导致降液管中的液体不能流下，在塔板上形成积液现 象。CN102872609A公开了一种分壁精馏塔，其将塔底上升气体按要求调节分配到隔板两 侧是采用塔底上升气体分配系统实现的，在隔板底部设置两个独立气体分配器，该气体分 配器由转动执行机构和阀片组成，电脑控制系统根据塔板下方的压差信号，反馈到调节气 体分配器，气体分配器根据反馈信号相应地调节叶片的旋转角度，改变气体流通通道的面 积，进而改变气体通道内的气体流量值。该装置的不足之处是：①下降液体和上升气体在 气体分布器的调节空间内交错流动，气体分配器没有将流入分配器的气、液两相分开，这 样对气体流量调节时将会受到上端下降液体的影响，增加了调节的困难；②压差计连通管 的两端分别位于与隔板相连的最后一块塔板的上、下部气相空间内，进行流量检测，然而 流入到塔板上波动的液体及塔板的漏液都会影响到塔板上部的气相空间，这样会造成无法 准确测量进入隔板两侧的气体流量，不能为控制系统提供一个准确的调控信号，也无法对 进入隔板两侧的气体流量准确调节。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供用于隔板塔中的气体调配装置，是一种用于分离 三组分混合物的隔板塔中的气体调配装置，集气体调配和气体分布于一体，解决了现有技 术的隔板塔中的隔板两侧气体调配和气体分布不均匀的难题。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：用于隔板塔中的气体调配装置，包括流 量检测装置、控制器、筒体、方形隔槽、降液管、进气通道、方形阀片调节机构、套筒、 转轴、电机和气体分布机构；其中，气体分布机构位于隔板塔塔体的隔板的下端即在塔体 的下部，筒体位于气体分布机构的下方，筒体为一个空心圆柱体结构，其上端面中心位置 处开有直径为10～32mm的圆形通孔，该圆形通孔两侧对称开有规则排列的通气方孔，每 侧的通气方孔数量为3～6个，该筒体下端面中心位置处也开有圆形通孔，其直径与上端 面的圆形通孔的直径相同，下端面中心位置的圆形通孔两侧对称各开有一个通气方孔，通 气方孔的开孔面积为下端面面积的60～90%，方形隔槽由两块平行的隔板固定焊接在筒体 的上、下端面处形成，这两块平行隔板之间的距离为40～60mm，方形隔槽位于筒体的中 心位置处，将筒体内部分割成两个独立的空间，降液管位于方形隔槽内部，两端分别连接 于上述筒体的上、下端面中心位置处开的圆形通孔处，降液管直径由上、下端面中心位置 处开的圆形通孔的直径决定，降液管的长度由降液量的多少确定，以保证对上升气体实现 液封为准，进气通道由方形柱体通道和方型底板焊接而成，进气通道的流通面积与上述筒 体下端面的通气方孔面积相同，进气通道的底板与筒体下端面通过螺栓螺母固定在一起， 进气通道的方形柱体的侧壁中心位置处开有圆孔，套筒由圆管和焊接在圆管底端面的方形 板组成，通过方形板固定在开有圆孔的进气通道的方形柱体的侧壁上，套筒与筒体和塔体 之间采用轴封，转轴为顶端开有凹槽的圆柱体，凹槽的深度为20～40mm，凹槽的宽度为5～ 15mm，通过套筒内部的转轴顶端与方形阀片调节机构固定连接在进气通道内，转轴的另一 端与电机连接，流量检测装置、控制器和电机通过导线线路依次连接，流量检测装置的检 测位置位于进气通道的出口位置处，电机根据控制器的调节信号，带动转轴转动，进而带 动方形阀片调节机构，调节进气通道内的气体流量值。

上述用于隔板塔中的气体调配装置，所述气体分布机构由规则排列的带有V型帽的升 气通道组成，升气通道密封固定在筒体上端面的通气方孔上，升气通道的数量与筒体上端 面的通气方孔相同，升气通道和其上方的V型帽通过导液槽连接，V型帽的V型角度取30～ 120°，导液槽的高度为20～60mm。

上述用于隔板塔中的气体调配装置，所述方形阀片调节机构是方形单阀片或方形多阀 片调节机构，其中多阀片调节机构由进气通道内侧壁、连杆、调节杆件、连接件、方形阀 片和转轴组成；单个方形阀片为一块方形平板，单个方形阀片厚度为5～10mm，单个方形 阀片截面尺寸与进气通道截面尺寸相同；多阀片调节机构中，方形阀片厚度为5～10mm， 方形阀片间距取其高度的0.5～2倍，方形阀片两端通过连接件连接在进气通道内侧壁上， 调节杆件一端连接在方形阀片上，另一端固定在连杆上，多个方形阀片通过连杆和调节杆 件实现同步转动，转轴连接在中心位置的方形阀片上以带动中心位置的方形阀片转动，中 心位置的方形阀片带动调节杆件移动，进而带动多阀片的所有方形阀片转动，连接件是直 径为3～5mm的圆柱结构，一端固定在进气通道内侧壁上，另一端连接在方形阀片上。

上述用于隔板塔中的气体调配装置，所述控制器为S7-200可编程控制器（PLC）。

上述用于隔板塔中的气体调配装置，其中所涉及的零部件及其安装连接方法均是本技 术领域所熟知的。

上述用于隔板塔中的气体调配装置（以下简称气体调配装置）的工作流程是：隔板 塔中隔板两侧的下降液体，一部分直接下降到气体调配装置的上端集液区，另一部分液体 先降到气体分布机构的V型液帽上，然后通过导液槽流入到集液区，集液区的液体通过降 液管流到气体调配装置的下端，降液管中的下降液体对气体实现液封作用，防止上升气体 通过降液管流通，塔底上升气体进入到气体调配装置的进气通道内，流量检测装置检测进 气通道内的气体流量值，并将采集的信号传送给控制器，控制器根据流量偏差信号反馈调 节电机，电机通过转轴带动方形阀片调节机构转动来调节进气通道内的气体流通面积，改 变气体通道内的气体流量值，最后上升气体通过气体分布机构均匀的分布到隔板的两侧。

工作时控制器先调节进气通道内的方形阀片位置，使其处于竖直位置，流量检测装置 检测两侧进气管道内的气体流量，若测得的一侧进气管道内的实际流量值大于设定的流量 值时，控制器反馈调节该侧电机，电机通过转轴带动进气通道内的方形阀片调节机构转动， 随着转动，通过方形阀片位置处的流通面积变小，气体的上升通道变窄，阻力变大，流量 降低，由于另一的方形阀片保持垂直位置，气体的流通面积相对变大，流通阻力相比较小， 该侧通道通过的流量增加，流量检测装置将检测的气体流量值反馈给控制器，控制器根据 设定的气体流量值和实际流量值的偏差值来不断调整方形阀片调节机构，最终获得设定的 气体流量值，实现了气体流量值在隔板两侧的精确分配。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的突出的实质性特点是：

（1）本发明装置中的控制器通过流量检测装置采集分配到隔板两侧的气体流量信号， 并与预先设定的气体流量值信号做比较得到偏差信号，根据偏差信号反馈作用于阀片调节 机构进行气体流量调节，实现上升气体按设定的分配比分配到隔板两侧；

（2）本发明装置具有独立的气体、液体流通通道，进入到该装置中的气、液两相分 别通过各自的通道流通，避免了下降液体对阀片调节机构调节气体流量时的不良影响，独 立的气体上升通道也为流量检测装置提供一个不受液相影响的检测空间，提高整个调配装 置的控制精度；

（3）本发明装置带有气体分布结构，该结构由规则排列的带有V型帽的升气通道组 成，具有过流截面积大和压降低的优点，上升气体经过气体分布结构后，均匀的分布到隔 板两侧。

与现有技术相比，本发明的显著进步是：

（1）本发明装置最显著的进步在于集气体调配和气体分布于一体，同时解决了隔板 塔隔板两侧气体调配和气体分布不均匀的难题；

（2）本发明装置有效地提高了隔板两侧的气、液传质效率；

（3）本发明装置虽然主要应用在板式隔板塔或者填料隔板塔中，但也可以应用于需 要将进气量按比例调节分配的场合。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明装置的总体结构示意图。

图2为本发明装置中的方形多阀片调节机构结构示意图。

图3为本发明装置中气体分布机构结构示意图。

图4为本发明装置中气体的流经路线示意图。

图中，1.隔板塔塔体，2.隔板，3.气体分布机构，4.筒体，5.进气通道，6.方形隔槽， 7.降液管，8.方形阀片调节机构，9.套筒，10.转轴，11.流量检测装置，12.电机，13. 控制器，14.进气通道内侧壁，15.连杆，16.调节杆件，17.连接件，18.方形阀片，19.V 型帽，20.导液槽，21.升气通道。

具体实施方式

图1所示实施例表明，本发明用于隔板塔中的气体调配装置的总体结构是：在隔板塔 塔体1的中间位置竖直安置隔板2，气体分布机构3位于隔板塔塔体1的隔板2的下端即 在塔体1的下部，筒体4位于气体分布机构3的下方，筒体4为一个空心圆柱体结构，其 上端面中心位置处开有直径为10～32mm的圆形通孔，该圆形通孔两侧对称开有规则排列 的通气方孔，每侧的通气方孔数量为3～6个，该筒体4下端面中心位置处也开有圆形通 孔，其直径与上端面的圆形通孔的直径相同，下端面中心位置的圆形通孔两侧对称各开有 一个通气方孔，通气方孔的开孔面积为下端面面积的60～90%，方形隔槽6由两块平行的 隔板固定焊接在筒体4的上、下端面处形成，这两块平行隔板之间的距离为40～60mm， 方形隔槽6位于筒体4的中心位置处，将筒体4内部分割成两个独立的空间，降液管7 位于方形隔槽6内部，两端分别连接于上述筒体4的上、下端面中心位置处开的圆形通孔 处，降液管7直径由上、下端面中心位置处开的圆形通孔的直径决定，降液管7的长度有 降液量的多少确定，以保证对上升气体实现液封为准，进气通道5由方形柱体通道和方型 底板焊接而成，进气通道5的流通面积与上述筒体4下端面的通气方孔面积相同，进气通 道5的底板与筒体4下端面通过螺栓螺母固定在一起，进气通道5的方形柱体的侧壁中心 位置处开有圆孔，套筒9由圆管和焊接在圆管底端面的方形板组成，通过方形板固定在开 有圆孔的进气通道5的方形柱体的侧壁上，套筒9与筒体4和塔体1之间采用轴封，转轴 10顶端为圆柱体，以圆柱体顶端圆平面中心线为对称线开槽，槽宽为5～15mm，槽深为 20～40mm，通过套筒9内部的转轴10顶端与方形阀片调节机构8固定连接在进气通道5 内，转轴10的另一端与电机12连接，流量检测装置11、控制器13和电机12通过导线 线路依次连接，流量检测装置11的检测位置位于进气通道5的出口位置处，用来检测进 气通道5中的气体流量值，控制器13采集流量检测装置11检测的气体流量信号，并根据 信号偏差反馈调节电机12，电机12根据控制器13的调节信号，带动转轴10转动，进而 带动方形阀片调节机构8，调节进气通道5内的气体流量值。来自于隔板塔塔体1顶部的 下降液体经隔板2两侧下降；来自于隔板塔塔体1底部的塔底上升气体经进气通道5的左、 右两侧上升。

图2所示实施例表明，本发明用于隔板塔中的气体调配装置中的方形多阀片调节机构 是由进气通道内侧壁14、连杆15、调节杆件16、连接件17、方形阀片18和转轴10组成； 其中单个方形阀片18为一块方形平板，单个方形阀片18厚度为5～10mm，单个方形阀片 18截面尺寸与进气通道5截面尺寸相同，每个方形阀片18间距取其高度的0.5～2倍， 方形阀片18两端通过连接件17连接在进气通道内侧壁14上，调节杆件16一端连接在方 形阀片18上，另一端固定在连杆15上，多个方形阀片18通过连杆15和调节杆件16实 现同步转动，转轴10连接在中心位置的方形阀片18上以带动中心位置的方形阀片18转 动，中心位置的方形阀片18带动调节杆件16移动，进而带动多阀片的所有方形阀片18 转动，连接件17是直径为3～5mm的圆柱结构，一端固定在进气通道内侧壁14上，另一 端连接在方形阀片18上。

图3所示实施例表明，本发明用于隔板塔中的气体调配装置中气体分布机构3由规则 排列的带有V型帽19的升气通道21组成，升气通道21密封固定在筒体4上端面的通气 方孔上，升气通道21的数量与筒体4上端面的通气方孔相同，升气通道21和其上方的V 型帽19通过导液槽20连接，V型角度可取30～120°，导液槽20的高度为20～60mm。

图4所示实施例表明，气体从本发明用于隔板塔中的气体调配装置的隔板塔底部上 升，通过该装置的左、右两侧进气通道5进入到装置中，从进气通道5流出的气体经过气 体分布机构3的V型帽19和升气通道21结构均匀分布到隔板2的两侧。

实施例1

按照图1、图2和图3给出的实施例在隔板塔安装用于隔板塔中的气体调配装置，其 中，筒体4上端面中心位置处开有直径为10mm的圆形通孔，圆形通孔每侧的通气方孔数 量为3个，通气方孔的开孔面积为下端面面积的60%，方形隔槽6的两块平行隔板之间的 距离为40mm，转轴10顶端槽深为20mm，槽宽为5mm，V型帽19的V型角度取30°，导 液槽20的高度为20mm，方形阀片调节机构8是方形多阀片调节机构，方形阀片18厚度 为5mm，方形阀片18间距取其高度的0.5倍，控制器为S7-200可编程控制器（PLC）。

实施例2

按照图1、图2和图3给出的实施例在隔板塔安装用于隔板塔中的气体调配装置，其 中，筒体4上端面中心位置处开有直径为21mm的圆形通孔，圆形通孔每侧的通气方孔数 量为4个，通气方孔的开孔面积为下端面面积的75%，方形隔槽6的两块平行隔板之间的 距离为50mm，转轴10顶端槽深为30mm，槽宽为10mm，V型帽19的V型角度取75°，导 液槽20的高度为40mm，方形阀片调节机构8是方形多阀片调节机构，方形阀片18厚度 为8mm，方形阀片18间距取其高度的1.25倍，控制器为S7-200可编程控制器（PLC）。

实施例3

按照图1、图2和图3给出的实施例在隔板塔安装用于隔板塔中的气体调配装置，其 中，筒体4上端面中心位置处开有直径为32mm的圆形通孔，圆形通孔每侧的通气方孔数 量为6个，通气方孔的开孔面积为下端面面积的90%，方形隔槽6的两块平行隔板之间的 距离为60mm，转轴10顶端槽深为40mm，槽宽为15mm，V型帽19的V型角度取120°， 导液槽20的高度为60mm，方形阀片调节机构8是方形多阀片调节机构，方形阀片18厚 度为10mm，方形阀片18间距取其高度的2倍，控制器为S7-200可编程控制器（PLC）。

实施例4

按照图1和图3给出的实施例在隔板塔安装用于隔板塔中的气体调配装置，除其中方 形阀片调节机构8是方形单阀片，单个方形阀片18厚度为5mm之外，其他同实施例1。

实施例5

按照图1和图3给出的实施例在隔板塔安装用于隔板塔中的气体调配装置，除其中方 形阀片调节机构8是方形单阀片，单个方形阀片18厚度为7mm之外，其他同实施例2。

实施例6

按照图1和图3给出的实施例在隔板塔安装用于隔板塔中的气体调配装置，除其中方 形阀片调节机构8是方形单阀片，单个方形阀片18厚度为10mm之外，其他同实施例3。

上述实施例中，所涉及的零部件及其安装连接方法均是本技术领域所熟知的。