隔板式精馏塔的气体分配结构及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种隔板式精馏塔的气体分配结构，隔板的两侧区域内、位于相邻两段传质区之间沿塔高方向设有若干层调压降塔板组件，包括塔板、升气管、降液管、帽罩，其中一个升气管的管内设有一气体流量计；塔壁上设有进料口和采液口，采液口与进料口之间的循环管路上设有液体流量计、调节阀和循环泵，相邻调压降塔板之间形成的区域内均设有压力表；隔板左右侧传质区的灵敏板位置处均分别设有温度表；工艺参数传输至DCS，循环泵和调节阀均由DCS控制。本发明专利技术针对能耗指标、原料组成、进料状态、产品质量等参数的变化设计了一种全新的内件结构和外部控制流程，降低了隔板塔的总体控制难度，增强了隔板塔及其控制系统的适应能力和可操控性能。

【技术实现步骤摘要】
隔板式精馏塔的气体分配结构及其控制方法
本专利技术涉及一种化学工程中隔板精馏塔隔板两侧气体流量分配和控制系统，尤其涉及一种气液传质用的高操作弹性、稳健型气流分配和流量控制方法。
技术介绍
工业上精馏工艺过程是高耗能的操作单元，因而世界各个国家的工程师和研究人员都在研究多组分物系如何低成本、低能耗分离的问题，广泛而深入地探究了各种不同工艺、设备和操作模式，特别是以隔板精馏为代表的热耦合精馏，成功实现了众多工业化装置，1985年以来，BASF公司、UOP公司、Kohn-Glitch公司、Linde公司、Kellogg公司、KyowaYuka公司、Sunitomo重工等公司已经开始使用隔板式精馏塔，主要的应用领域包括三组分分离、多组分分离、反应精馏、萃取精馏、共沸精馏等。由于隔板式精馏塔对于多组分分离和特殊精馏具有低能耗、低投资的巨大经济优势，经济效益十分显著，引起世界各国专业技术人员和学者的广泛关注。隔板式精馏塔由于其结构和工艺的复杂性，产生了更多的操作自由度，节能和获取高纯度的产品并非易事，需要系统内部变量的可控性更强，致使隔板式精馏塔隔的控制问题成为了阻碍其工业应用的一个主要因素，特别是将进入隔板塔底部的上升气体在隔板两侧进行分配，这个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，两侧的气流流量如何分配及有效控制问题成为业界关注的焦点。相对于普通的精馏塔，隔板式精馏塔需要同时调节隔板上端下降到隔板两侧的液体和塔底上升到隔板两侧的气体。由于气体在隔板两侧分配调节涉及复杂的水力学计算、操作参数的动态模拟、气液两相流场的分析等一系列计算过程，因而，隔板两侧气体的分配调控存在非常高的难度。目前，普遍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(如填料高度、塔板层数、流动通道面积等)和塔内的操作工况决定的，塔底的上升气体将遵循左右两侧压降相等的规律自动地分配到隔板两侧。由于进料组成和状态的变化以及液体的分配比例等都会成为影响气体分配的重要因素，因而在隔板两侧自动分配的气体流量比值常常不能达到隔板塔最优的操作状况。气体分配调控的另外一种方案是设计特殊的内构件来改变隔板两侧压降构成来调节气相分配的目的，或者是将隔壁偏心放置。例如，在隔板的底部安装一块可以移动位置的挡板，通过该挡板的位置变化来改变隔板两侧的流通面积，从而改变气相分配比，利用内构件或将隔壁偏心放置来改变隔板两侧压降，不但其操作弹性较小、灵敏度低，而且由于挡板移动导致的机械磨损，使得设备不能长周期稳定运行。2012年3月5日公布的PCT/US2011/056079专利文献中公开了一种隔板分馏塔及其气液流量控制方法，如图1所示，该隔板分馏塔包括塔身100、气相收集及分配结构200和液相采集及分配结构300，其中，气相收集及分配主要是通过塔外带有调节阀56a、56b和流量计58a、58b的旁路气相管道54a、54b，结合自动控制实现气体的分配与控制。该技术方案主要缺陷在于：首先，由于气相引出和气相再次进入塔内均需要在塔内设置气相再分布装置，所以增加了塔高和内件的复杂程度；其次，对于生产处理能力较大的隔板塔，旁路气相管道54a、54b的直径会很大，相关部件安装和检修不方便；再次，对于带有调节阀56a、56b和流量计58a、58b的旁路气相管道54a、54b，不仅增加了塔高，气体流动压降的特性也将变得十分复杂，压降过大会导致隔板120下面的降液管48液泛，系统将不能正常工作；最后，调节阀56a、56b的尺寸随着装置规模而变化，投资将变得十分昂贵，更为重要的是，现有技术中的阀门类型里，几乎没有一种阀门可以在较低阻力降范围内灵敏和准确地调控气相流量。公告日为2014年6月4日，专利号为201320829355.2的中国专利技术专利公布了一种用于隔板塔中的气体调配装置，如图2所示，采用流量检测装置31、控制器33、筒体24、隔板22、方形隔槽26、降液管27、进气通道25、方形阀片调节机构28、套筒29、转轴30、电机32和气体分布机构23。该装置主要存在的设计缺陷包括：首先方形阀片调节气体流量存在调控性能曲线不规律，不容易实现微调，调节控制规律性差，气量非线性等缺陷；其次，由于气量反馈到隔板22上侧的传质区后，隔板22两侧气体的阻力降反应会滞后，反馈到控制器33后有负反馈，方形阀片不具备微调特性，会导致方形阀片调节机构不断执行正负调节动作，很难实现稳健调节；再次，由于采用方形阀片调节开度，阀片后气流以湍流形态为主，流量检测装置很难准确检测实际的气体流量；最后，由于塔内有传动部件，润滑和磨损问题较难解决，会影响设备的长周期正常运转。由于隔板式精馏塔热耦合工艺操作变量较多，而且许多参数相互耦合，特别是隔板两侧的气体流量和其他变量的物理关系较为复杂，因而目前国内外许多学者和研究人员认为这个参数无法成为直接可控变量，然而气体在隔板两侧的有效分配和稳健控制是保证产品指标和降低能耗的重要手段，如果不能达到工艺控制目标，那么隔板塔的先进性和经济性就会大大折扣。国内外已有的气流分配控制方式技术方案仍存在诸多缺陷，急需有先进的技术手段解决这个工业难题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种隔板式精馏塔的气体分配结构，该气体分配结构简单，成本相对较低，利用该气体分配结构进行分配和控制，其操作简单，调节灵活可靠，灵敏度高，可以保证精馏塔长周期稳定运转。为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种隔板式精馏塔的气体分配结构，该隔板式精馏塔包括塔壁、隔板、多段传质区、分布式控制系统DCS和至少一个采液区，所述多段传质区包括设置在所述隔板上方的精馏段公用传质区、隔板左侧传质区、隔板右侧传质区及设置在隔板下方的提馏段公用传质区；所述隔板两侧区域内、位于相邻两段传质区之间沿塔高方向设有若干层调压降塔板组件，所述调压降塔板组件包括调压降塔板，所述调压降塔板上贯穿地固定有若干个降液管和若干个升气管，并按照所述降液管顶部高于升气管顶部来布置；降液管的管壁上设有多排降液孔，每个升气管上设有带筛孔的帽罩；所述隔板的两侧区域内各设有一个气体流量计，所述气体流量计位于一升气管的管内；塔壁上、且位于每层调压降塔板组件的调压降塔板的上方处均分别设有一进料口；所述采液区内设有烟囱式升气帽塔板，所述烟囱式升气帽塔板的侧面与所述塔壁之间设有积液式降液槽，塔壁上、且位于所述积液式降液槽的上方处设有一采液口；所述采液区的位置包括以下情形中的一种或多种：1)位于所述提馏段公用传质区与最下层的调压降塔板组件之间；2)位于相邻传质区间的最下层调压降塔板组件的下方；3)位于调压降塔板组件的调压降塔板的下方；当采液区的位置为上述情形1)时，所述采液口外接有一台循环泵，所有进料口分别通过一循环管路连接至所述循环泵；当采液区的位置为上述情形2)时，所述采液口外接有一台循环泵，该相邻传质区间内的所有进料口分别通过一循环管路连接至所述循环泵；当采液区的位置为上述情形3)时，所述调压降塔板下方的采液口外接有一台循环泵，位于该调压降塔板上方的进料口通过一循环管路连接至所述循环泵。每条循环管路上自循环泵至进料口依次设有液体流量计和调节阀；相邻调压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种隔板式精馏塔的气体分配结构，该隔板式精馏塔包括塔壁(1)、隔板(8)、多段传质区、分布式控制系统DCS和至少一个采液区，所述多段传质区包括设置在所述隔板上方的精馏段公用传质区、隔板左侧传质区(9)、隔板右侧传质区(10)及设置在隔板下方的提馏段公用传质区(16)；其特征在于：所述隔板的两侧区域内、位于相邻两段传质区之间沿塔高方向设有若干层调压降塔板组件，所述调压降塔板组件包括调压降塔板(4)，所述调压降塔板(4)上贯穿地固定有若干个降液管(7)和若干个升气管(5)，并按照所述降液管顶部高于升气管顶部来布置；降液管(7)的管壁上设有多排降液孔(16)，每个升气管(5)上设有带筛孔(17)的帽罩(6)；所述隔板的两侧区域内各设有一个气体流量计(3)，所述气体流量计(3)位于一升气管(5)的管内；塔壁上、且位于每层调压降塔板组件的调压降塔板(4)的上方处均分别设有一进料口；所述采液区内设有烟囱式升气帽塔板(2)，所述烟囱式升气帽塔板(2)的侧面与所述塔壁之间设有积液式降液槽，塔壁上、且位于所述积液式降液槽的上方处设有一采液口；所述采液区的位置包括以下情形中的一种或多种：1)位于所述提馏段公用传质区(15)与最下层的调压降塔板组件之间；2)位于相邻传质区间的最下层调压降塔板组件的下方；3)位于调压降塔板组件的调压降塔板(4)的下方；当采液区的位置为上述情形1)时，所述采液口外接有一台循环泵(14)，所有进料口分别通过一循环管路连接至所述循环泵(14)；当采液区的位置为上述情形2)时，所述采液口外接有一台循环泵(14)，该相邻传质区间内的所有进料口分别通过一循环管路连接至所述循环泵(14)；当采液区的位置为上述情形3)时，所述调压降塔板(4)下方的采液口外接有一台循环泵(14)，位于该调压降塔板(4)上方的进料口通过一循环管路连接至所述循环泵(14)；每条循环管路上自循环泵至进料口依次设有液体流量计(12)和调节阀(13)；相邻调压降塔板(4)之间形成的区域内均设有压力表(11)；所述隔板左侧传质区(9)和隔板右侧传质区(10)的灵敏板位置处均分别设有温度表；上述所有气体流量计(3)、液体流量计(12)、压力表(11)和温度表将信号传输至所述分布式控制系统DCS，所述循环泵和调节阀均由所述分布式控制系统DCS控制。...

【技术特征摘要】
1.一种隔板式精馏塔的气体分配结构，该隔板式精馏塔包括塔壁(1)、隔板(8)、多段传质区、分布式控制系统DCS和至少一个采液区，所述多段传质区包括设置在所述隔板上方的精馏段公用传质区、隔板左侧传质区(9)、隔板右侧传质区(10)及设置在隔板下方的提馏段公用传质区(16)；其特征在于：所述隔板的两侧区域内、位于相邻两段传质区之间沿塔高方向设有若干层调压降塔板组件，所述调压降塔板组件包括调压降塔板(4)，所述调压降塔板(4)上贯穿地固定有若干个降液管(7)和若干个升气管(5)，并按照所述降液管顶部高于升气管顶部来布置；降液管(7)的管壁上设有多排降液孔(16)，每个升气管(5)上设有带筛孔(17)的帽罩(6)；所述隔板的两侧区域内各设有一个气体流量计(3)，所述气体流量计(3)位于一升气管(5)的管内；塔壁上、且位于每层调压降塔板组件的调压降塔板(4)的上方处均分别设有一进料口；所述采液区内设有烟囱式升气帽塔板(2)，所述烟囱式升气帽塔板(2)的侧面与所述塔壁之间设有积液式降液槽，塔壁上、且位于所述积液式降液槽的上方处设有一采液口；所述采液区的位置包括以下情形中的一种或多种：1)位于所述提馏段公用传质区(15)与最下层的调压降塔板组件之间；2)位于相邻传质区间的最下层调压降塔板组件的下方；3)位于调压降塔板组件的调压降塔板(4)的下方；当采液区的位置为上述情形1)时，所述采液口外接有一台循环泵(14)，所有进料口分别通过一循环管路连接至所述循环泵(14)；当采液区的位置为上述情形2)时，所述采液口外接有一台循环泵(14)，该相邻传质区间内的所有进料口分别通过一循环管路连接至所述循环泵(14)；当采液区的位置为上述情形3)时，所述调压降塔板(4)下方的采液口外接有一台循环泵(14)，位于该调压降塔板(4)上方的进料口通过一循环管路连接至所述循环泵(14)；每条循环管路上自循环泵至进料口依次设有液体流量计(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张兵，李建明，阮杰，张春璐，
申请(专利权)人：天津奥展兴达化工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12