高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于石油化工领域精馏‑精馏技术领域，具体涉及一种高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置及方法。包括泡罩塔，泡罩塔内包括多个塔盘和泡罩，还包括超声波发生器，在泡罩塔外壁上对应每个塔盘的位置分别设置至少两个分布器，每个分布器与超声波换能器连接，一个分布器对应一个超声波换能器，超声波换能器与分布器的夹角为45°‑135°，超声波换能器再与超声波发生器相连。采用合适的角度将超声波有效且均匀的传递到塔盘上，强化气液相物料在塔盘上的传热和传质，达到提高塔板效率的作用，尤其适用于塔盘数量大于60块，高纯度(99％以上)的物料的高纯分离操作，本发明专利技术还提供一种采用该装置的方法。

Ultrasonic bubble cap distillation device and method for separation of high purity materials

The invention belongs to the technical field of rectification and rectification in the petrochemical field, in particular to an ultrasonic bubble-cap tower rectification device and a method for separating high-purity materials. Including a bubble cap tower, the bubble cap tower includes a plurality of trays and blisters, and also includes an ultrasonic generator. At least two distributors are arranged on the outer wall of the bubble cap tower corresponding to the position of each tray, each distributor is connected with the ultrasonic transducer, one distributor is corresponding to an ultrasonic transducer, and the ultrasonic transducer and the distributor are respectively arranged. The included angle is 45 degrees, 135 degrees, and the ultrasonic transducer is connected with the ultrasonic generator. A suitable angle is adopted to transmit ultrasonic wave effectively and evenly to the tray, so as to enhance the heat and mass transfer of gas and liquid materials on the tray, so as to improve the tray efficiency. The device is especially suitable for the high-purity separation operation of materials with a tray number of more than 60 and a high purity of more than 99%. The invention also provides a device for adopting the device. The way.

【技术实现步骤摘要】
高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置及方法
本专利技术属于石油化工领域精馏-精馏
，具体涉及一种高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置及方法。
技术介绍
泡罩塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置,它是大型炼化企业的龙头装置，泡罩塔广泛用于精馏和气体吸收，其投资占比较大，也是化工工艺中能量消耗较大的过程，其运行状况对整体装置的效益具有举足轻重的作用。塔内装有多层水平塔板，板上有若干个供蒸气(或气体)通过的短管，其上各覆盖底缘有齿缝或小槽的泡罩，并装有溢流管。操作时，液体由塔的上部连续进入，经溢流管逐板下降，并在各板上积存液层，形成液封；蒸汽(或气体)则由塔底进入，经由泡罩底缘上的齿缝或小槽分散成为小气泡，与液体充分接触，并穿过液层而达液面，然后升入上一层塔板。其基本原理是将液体混合物多次部分气化和部分冷凝,利用其中各组份挥发度不同(相对挥发度，α)的特性，实现分离目的的单元操作。在实际生产中塔内由于受传质时间和机械制造及安装的限制，不能达到气液平衡状态，即塔板上升蒸汽中所含的低沸点组分较相平衡时蒸汽中所含的低沸点浓度要低，故实际塔板数要大于理论塔板数，理论塔板数与实际塔板数的比值，称为塔板效率。泡罩塔板的优点是操作弹性较大，塔板不易堵塞；缺点是结构复杂、造价高，板上液层厚，塔板压降大，尤其是塔板效率较低，导致生产能力低或产品纯度不高。在精馏操作过程中，为了提高泡罩塔目的产品的纯度，同时减少非目的产品的含量，在原料性质、原料投料量和回流比等各项工艺条件不变的情况下，提高现有塔板效率的方法主要有以下几类：(1)更换高效的塔盘；(2)更换高效的塔填料；(3)增加塔盘数量和塔高(4)改变塔结构等。以上所有措施都必须进行装置停产改造，不仅大幅增加装置的改造投资和设备投资，还需要将装置停产，增加开停车费用和物耗能耗，造成经济效益流失。对于此类改造，生产装置还必须进行全面的经济效益评价和风险安全评估，可谓是“劳民伤财”。如何在不改变塔主体结构和增加少量设备投资的情况下，对其进行工艺技术指标提升，是当前多数精馏生产装置面临的问题。塔效率作为衡量精馏装置技术水平的主要指标，塔效率越高，装置的目标产物纯度越高，装置的经济技术性越好。在当今传统能源日趋减少(环境污染问题越来越受到人们的重视的时候！具有节能效果的可减少回流量的精馏塔，在节省能源消耗，减少环境污染，降低生产成本方面都有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术解决的关键问题在于如何将超声波有效且均匀的传导到塔盘上，针对这一目的，本专利技术提供一种高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置，采用合适的角度将超声波有效且均匀的传递到塔盘上，利用超声波的微射流作用，大幅增加气液界面，强化气液相物料在塔盘上的传热和传质，达到提高塔板效率的作用，适用于塔盘数量大于60块，高纯度(99％以上)的物料的高纯分离操作，本专利技术还提供一种采用该装置的方法。本专利技术所述的高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置，包括泡罩塔，泡罩塔内包括多个塔盘和泡罩，还包括超声波发生器，在泡罩塔外壁上对应每个塔盘的位置分别设置至少两个分布器，每个分布器与超声波换能器连接，一个分布器对应一个超声波换能器，超声波换能器与分布器的夹角为45°-135°，超声波换能器再与超声波发生器相连。其中：塔内所有物料在所有塔盘上进行气液接触，下行的液相物料与塔下方上升的气相物料在塔盘接触发生逆向传热传质，同时所有物料在所有塔盘上经历超声波作用，强化气液相物料在塔盘上的传热和传质，提高分离产品的纯度。本专利技术超声波换能器与分布器的夹角为45°-135°，通过采用合适的角度将超声波有效且均匀的传递到塔盘上，利用超声波的微射流作用，大幅增加气液界面，强化气液相物料在塔盘上的传热和传质，达到提高塔板效率的作用，专利技术人经研究发现，当超声波换能器与分布器的夹角为小于45°或大于135°时，超声波的反射效应大幅增加，将导致能量衰减严重，不利于超声波微射流效应的作用。超声波换能器与分布器的夹角为45°-135°，优选75°-105°。本专利技术优选对应每个塔盘设置的分布器为均布设置，分布器的中心线正对塔盘圆心，最终使辐射的超声波更均匀，满足超声波强化传热传质的声强要求，防止局部能量过于集中。超声波通过曲面以向塔内部发射为主，减弱超声波向外的无效辐射。作为一种优选的方案，在泡罩塔外壁上对应某个塔盘的位置设置三个分布器，在与该塔盘相邻的上、下两个塔盘对应的泡罩塔外壁上分别设置一个分布器。自上而下形成温度、浓度的梯度分布，加速泡罩塔内轻重组分的分离，提高分离产品的纯度。本专利技术所述的高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置适用于适用于所有物料分离操作，尤其适用于塔盘数量大于60块，高纯度(99％以上)物料的高纯分离操作。超声波换能器为圆柱形或圆锥形，超声波换能器的端面为平面或曲面。分布器的厚度为1～90mm。优选厚度在15～50mm。超声波换能器与超声波发生器的连接方式为焊接或法兰连接。每个分布器与其对应的超声波换能器之间设有冷却器。为了避免泡罩塔的热传导损坏换能器，在换能器与分布器之间可安装冷却器，该冷却器可以是翅片结构，也可以是其他构型，其作用为降低泡罩塔塔盘对换能器的热传导，以防止换能器过热，降低其效能。分布器为金属材质，具有较高的刚性要求；分布器的材质适宜于超声波的传导，不易衰减，可以是铝、铁、镍、铜、铬其中的一种或是几种的合金钢，优选为铁。分布器可以是平面或曲面结构。分布器外表面优选为曲面结构。分布器与塔壁保证无缝硬性连接，可用法兰压紧式连接或焊接，焊接材料的材质应该与分布器的金属材质相同。超声波发生器可安装在防爆控制柜内，超声波发生器与换能器相连接、换能器是磁致伸缩换能器、压电陶瓷换能器，超声波换能器可公知的各种类型。对于工业适用的可靠稳定的超声波发生器与换能器，最大的输出功率只能达到4KW左右，实际应用中，能长周期稳定运行的额定功率只有3KW左右，要延长超声波作用时间的场合，可设置多组超声波工作，可以获得理想的提高效率的效果。一种采用所述的高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置的蒸馏方法，将原料送入泡罩塔内进行蒸馏分离，泡罩塔内部包括多个塔盘，塔内下行的液相物料与上升的气相物料在每个塔盘上接触进行逆向传热传质，在泡罩塔外壁上对应每个塔盘的位置分别设置至少两个分布器，每个分布器与超声波换能器连接，一个分布器对应一个超声波换能器，超声波发生器将电能通过超声波换能器转换为机械能的超声波，然后通过每个分布器释放给泡罩塔内塔盘上的物料以强化传热和传质，加速泡罩塔内轻重组分的分离，提高分离产品的纯度。通过分布器释放的超声波与泡罩塔内塔盘上的物料流向呈45°-135°。超声波发生器将电能通过换能器转换为超声波的机械能，通过分布器释放给泡罩塔内物料的超声波能量较为均匀。释放的超声波能量以均匀的声强传播，超声波的声强为0.01-0.5w/cm2，优选0.05～0.4w/cm2。通过分布器释放的超声波与泡罩塔内塔盘上的物料流向呈45°-135°。超声波作用频率为10kHz～200kHz。本专利技术设置1套超声波发生器与1个泡罩塔塔盘相连接，通过超声波的强化作用可加速塔板气液相物料传热和传质的进行，可加速泡罩塔内物料轻重组分的分离，从而提高塔板效率，达到提高目标产物的纯度的目的。本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置，包括泡罩塔，泡罩塔内包括多个塔盘(7)和泡罩(6)，其特征在于：还包括超声波发生器(9)，在泡罩塔外壁(4)上对应每个塔盘(7)的位置分别设置至少两个分布器(3)，每个分布器(3)与超声波换能器(1)连接，一个分布器(3)对应一个超声波换能器(1)，超声波换能器(1)与分布器(3)的夹角为45°‑135°，超声波换能器(1)再与超声波发生器(9)相连。

【技术特征摘要】
1.一种高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置，包括泡罩塔，泡罩塔内包括多个塔盘(7)和泡罩(6)，其特征在于：还包括超声波发生器(9)，在泡罩塔外壁(4)上对应每个塔盘(7)的位置分别设置至少两个分布器(3)，每个分布器(3)与超声波换能器(1)连接，一个分布器(3)对应一个超声波换能器(1)，超声波换能器(1)与分布器(3)的夹角为45°-135°，超声波换能器(1)再与超声波发生器(9)相连。2.根据权利要求1所述的高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置，其特征在于：对应每个塔盘(7)设置的分布器(3)为均布设置，分布器(3)的中心线正对塔盘(7)圆心。3.根据权利要求1所述的高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置，其特征在于：在泡罩塔外壁(4)上对应某个塔盘(7)的位置设置三个分布器(3)，在与该塔盘(7)相邻的上、下两个塔盘(7)对应的泡罩塔外壁(4)上分别设置一个分布器(3)。4.根据权利要求1所述的高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置，其特征在于：超声波换能器(1)为圆柱形或圆锥形，超声波换能器(1)的端面为平面或曲面。5.根据权利要求1所述的高纯物料分离用超声波泡罩塔精馏装置，其特征在于：分布器(3)的厚度为1～90mm；分布器(3)为金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文彬，周雨霏，郭岩锋，王鹏，贠建华，张剑，裴小静，吴宽亮，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37