具有短内筒结构的蒸馏用套筒塔以及用途制造技术

本发明专利技术提供一种套筒塔设备，具有短内筒结构的蒸馏塔（Ｄｕｅｔ　　Ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ　　Ｃｏｌｕｍｎ），简称套筒塔（ＤＤＣ）。ＤＤＣ是在一蒸馏塔内部套接内筒，将全塔分成至少有一个是公共精馏区或公共提馏区，一个外精馏塔体和至少一个内精馏筒体四个部分。内筒的安装方式可以是与外塔相切，也可以在外塔的中间位置或偏离中间位置，同时内筒还可以由中部延伸至塔顶或塔釜。套筒塔特别适用于对多组分混合物的精馏分离、反应精馏、萃取精馏、共沸精馏分离、膜分离精馏、膜反应精馏等。一个ＤＤＣ塔可替代两个以上常规蒸馏塔，可节省设备投资３０％、节能３０％以上，具有降低能耗，缩短工艺流程，节省设备投资及提高分离效率等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种化工过程蒸馏装置，特指一种具有短内筒结构的蒸馏用套筒塔以及用途。本专利技术中的套筒塔(DDC)既节能、节省投资，又可避免物料泄漏的问题。并且具有更加灵活的结构形式，适用范围更广，投资更低，制造及安装更方便。
技术介绍
蒸馏发展历史悠久，技术水平成熟，是化工过程工业(CPI)中首选的分离过程。传统的蒸馏设备及蒸馏方法能耗巨大且设备投资昂贵。突破传统的简单塔结构开发出新型塔及精馏流程，有效合理地利用能量，已越来越受到重视。开发具有新型塔结构的蒸馏塔不仅能大大简化分离流程的复杂性，而且便于操作和控制，同时也可减少设备投资和操作费用。目前已开发或正在开发多种耦合型蒸馏塔，比如分隔壁蒸馏塔(DWC)，内加热集成蒸馏塔(HIDiC)等。分隔壁蒸馏塔的分离原理和热力学性质与热耦蒸馏塔一致，因此它是热耦蒸馏塔的一种特殊类型。但它把热耦蒸馏塔的副塔合并到了主塔内，更进一步节省了设备投资。美国专利US 2,471,134和US20010052453提出的分隔壁蒸馏塔(DWC)，是在一个塔内部安装一块或多块垂直隔板将塔分成若干不同的区域，而多组分混合物可以在这些区域中一次性完成分离提纯，且克服了热耦蒸馏塔中的液压限制。虽然用分隔壁蒸馏塔进行三组分精馏比传统工艺节省一个塔，但由于隔板是平面垂直的，隔板的焊接安装极易导致隔离壁两侧物料的泄漏。美国专利US4,681,661介绍了一种内加热集成蒸馏塔——Heat IntegratedDistillation Column，简称HIDiC，又称内部换热型蒸馏塔。HIDiC工艺比常规精馏塔工艺节能约30％。HIDiC工艺技术原理是通过加大提浓段和精馏段的接触，使热量由提浓段供给精馏段，从而减少塔底加热器的能量消耗。HIDiC工艺流程复杂，设备投资是普通精馏塔1.2倍以上。而且HIDiC仅仅是分离二组分的塔，不能用于分离第三组分。更未见有HIDiC用于萃取精馏、反应精馏的文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耦合型蒸馏设备，可减少能耗及设备投资30％左右。实现上述目的的技术方案是该设备为具有短内筒结构的蒸馏塔(DuetDistillation Column)，简称套筒塔或DDC。其特征在于在一蒸馏塔内部套接内筒，套筒塔是在一蒸馏塔内部套接内筒，将全塔分成至少有一个是公共精馏区或公共提馏区，一个外精馏塔体和至少一个内精馏筒体四个部分。该塔配备相应的再沸器和冷凝器。套筒塔具有灵活多变的结构类型，内筒的安装方式也不尽相同，既可以在外塔的中部位置或者偏离中部的任一位置，也可以是与外塔相切。内筒视工艺需要由塔内部延伸至塔顶或塔釜。外塔内可以安装一个或者多个内筒塔。内筒可以是各种形状，径向剖面是封闭曲线就行。套筒塔可内筒出料，也可内筒进料外塔出料。套筒塔中各处可加催化剂、填料或塔板。与常规的多组分混合物分离方法相比，套筒塔需要更少的能耗及设备投资。以分离三组分混合物为例，运用常规的分离方案，至少需要二个塔、二个再沸器、二个冷凝器、二个回流分配器。而用套筒塔，只需要一个塔、一个再沸器、一个冷凝器、一个回流分配器。并且套筒塔要求更小的占地面积，这样也就间接地提高了效益。用套筒塔还可使三组分以上的混合物同时分离为纯净的产品。本专利技术与已有技术相比，其突出特点和显著进步是与现有的常规蒸馏塔相比，用套筒塔进行多组分精馏(实施例1)实现了设备集成和能量集成。特别是对多组分混合物的分离，将原先至少需要二个塔才能实现的过程简化为只需一个塔就能完成。因此缩短了工艺流程，减少了设备投资，提高了分离效率。与分隔壁蒸馏塔相比，本专利技术由于没有了左右两塔间的隔板，解决了分隔壁蒸馏塔隔离板易泄漏的问题。并且具有更加灵活的结构形式，适用范围更广，投资更低，制造及安装更方便。设计的内筒和外塔的连接，控制系统和特殊的结构布局，可满足多种分离过程的需要，比如多组分混合物的精馏分离、萃取分离(实施例2)、反应精馏(实施例4)、膜分离精馏、膜反应精馏等。本专利技术可达到甚至超过与Petluyk系统基准相同的能量效率。与内加热集成蒸馏塔相比，内加热集成蒸馏塔(HIDiC)是分离二组分的塔，不是分离三组分的塔。本专利技术简化了两塔之间复杂的连接，具有更高的可操作性和可控制性及更高的热力学效率，更能节省设备投资。在一个有界的过程环境中，可进行中间采出，去进一步提高反应选择性，使反应精馏等过程能够更加顺利的进行。能显著的减少蒸馏过程中的能耗量，本专利技术能使再沸器热量减少30％左右，对于一些特定流程，节能可超过50％，极大的节省了能耗。附图说明图1本专利技术的设备及工艺流程示意2内筒安装在外塔中部的某一位置示意3内筒安装在与外塔相切的位置示意4内筒由塔中部延伸至塔顶示意5内筒由塔中部延伸至塔釜示意6外塔内安装一个或者多个内筒起再分离作用示意7内筒为圆形剖面示意8内筒为其它圆形的剖面示意9内筒为其它形状的剖面示意10内筒出料套筒塔示意11内筒进料外塔出料套筒塔示意12套筒塔萃取分离丙烷与丙烯新工艺流程简13常规萃取精馏分离丙烷与丙烯流程图14套筒式萃取精馏塔示意图1、原料精馏区 2、原料提馏区 3、中间馏分精馏区 4、中间馏分提馏区 5、公共精馏区 6、公共提馏区 7、塔顶冷凝器 8、回流罐 9、再沸器10、回流罐 11、出料口 12、出料口 13、出料口 14、出料口 15、萃取剂进料口 16、塔顶冷凝器 17、原料进料口具体实施方式下面通过实施例进一步说明本专利技术，但本专利技术并不限于此。如图1所示，在套筒塔内套一内筒，将整个塔分成外塔1、2，内筒3、4及至少一公共精馏区5或提馏区6。如原料先进入外塔(图10)，外塔主要起初分馏作用，可分成精馏区1和提馏区2两部分。外塔1、2首先将原料分割成较轻馏分和较重馏分。较轻馏分上升至公共精馏区5后，轻组分被分离并由塔顶采出，中间组分向下进入内筒精馏区3；较重组分下降至内筒提馏区4后，与公共提馏区6上升轻馏分热交换并达到新的气液平衡，更重组分下降至公共提馏区6后被分离并由塔底采出，中间组分向上进入内筒4，在筒中完成中间组分的分离并采出。公共精馏区和公共提馏区的另一重要作用是为外塔和内筒提供足够的液相和汽相回流。如原料由进口17先进入筒3、4(图11)，中间组分则由外塔1、2中间出口14采出。由于经过更多次的蒸馏分离过程，中间馏分由出口14采出时的纯度会大大高于普通精馏塔中间馏分采出的纯度。实施例1用套筒塔进行多组分混合物的精馏分离用套筒塔进行混合物苯、甲苯、二甲苯的分离的条件如下套筒塔外塔径φ50×2300mm，内筒φ35×1500mm在塔正中，加φ2×2不锈钢填料2300mm(见图10)。物料由外塔中部17进入。进料体积组成为苯20％、甲苯60％、二甲苯20％。由筒正中侧线14采出甲苯。进料速度1.1ml·min-1，分配比1∶2，回流比6∶1，常压连续操作。产品经气相色谱分析塔顶采出产品中轻组分苯的质量分数达到94.9％，侧线采出产品14中甲苯的质量分数为96.4％，塔釜中不含轻组分。而同样条件的普通精馏塔中间馏分甲苯采出的纯度仅72％。实施例2用套筒塔进行反应精馏套筒塔塔高2000mm，塔内装填玻璃弹簧填料，内筒在塔中部位置，全长1200mm，内筒的上方和下方分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有短内筒结构的蒸馏用套筒塔，该塔配备相应的再沸器和冷凝器，其特征是在一蒸馏塔内部套接一个或者多个内筒，将塔分成至少一个上部公共精馏区或一个下部公共提馏区，一个外精馏塔体和至少一个内精馏筒体。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：承民联，裘兆蓉，叶青，钱春健，夏珊珊，陈红梅，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，江苏工业学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]