[发明专利]一种簇式精馏塔

说明书

本发明公开了一种簇式精馏塔，簇式精馏塔内设有2～40000个厘米尺度的多边形柱状精馏单元，所述的精馏单元中均匀装填有高效填料，所述的精馏单元的顶端设有无动力自适应调节阀片，通过阀片位置的变化自动调节精馏单元内的上升蒸汽量；在精馏单元上方设有液体分布器，通过液体分布器将液体均匀分布入精馏单元。本发明簇式精馏塔将传统的单一粗塔变为若干细塔的组合，将高塔变为矮塔，极大地降低设备制造成本、提高分离效率，降低分离成本。本发明簇式精馏塔利用精馏单元内的空间填充高效填料，减少了不必要的空间使用量，在矮塔内即可实现工业化精馏过程，减少了精馏塔内的持液量，避免了高塔必然会产生的高压降缺点，极大地降低了安全风险。

技术领域

本发明属于化工分离领域，涉及一种簇式精馏塔，具体涉及一种介于毫米级以及米级之间的厘米级簇式精馏分离塔。

背景技术

精馏是利用混合物中各组分挥发度不同而将各组分加以分离的一种分离过程，广泛应用于石油、化工、轻工等工业生产中，用以原料的提纯、产品的精制以及一些后处理过程，如溶剂回收等。常用的精馏设备有板式精馏塔和填料精馏塔。由于设备和能耗费用在生产成本中占有较大的比重，因此设计合理的精馏装置是十分必要的。

随着化学工业的快速发展，单套装置的产能也越来越大，与之配套的精馏塔也存在大型化的趋势。常见的精馏塔塔径在0.4～2.5m。在炼油领域中出现了迄今为止最大塔径为5m、塔高为107m的间壁式精馏塔，用于回收汽油中的1-己烯，这种超大型精馏塔实现了难分离产品的分离提纯，但由于塔内持液量大，物料在塔内的停留时间长，塔内温度响应的延迟时间长，与之相伴的安全风险也随之剧增。由于具有高比表面积的小型高效填料的压力降较大，随着塔径的增加，为了降低精馏塔内的总压降，往往以牺牲填料的比表面积为代价，增大塔内填料的尺寸，导致精馏塔分离效率下降，精馏塔内单位空间的利用效率大大降低，极大地增加了产品分离的能源消耗。同时，工业级精馏塔往往是由实验室规模的精馏柱根据实际产能的大小逐级放大而得到的，考虑到设备放大效应等因素，实际制造的精馏塔尺寸往往大于理论需要的尺寸，导致精馏塔空间有效利用率的降低，造成极大地浪费。而且，对于相对挥发度接近于1的分离体系，为了达到分离效果，需要的理论板数往往达上百块，这就需要建造接近百米高度的精馏塔，制造成本极高。

由此出现了具有微通道结构的高效分离精馏塔。专利CN101035601A采用直径0.01～10mm的微通道精馏柱用于乙烷和乙烯等难分离体系的分离，制备的液体微通道的内壁上开有液体导向流动的凹槽，这些凹槽与通道内的气相流动方向呈现平行或切向排列，并且在微通道的垂直方向设置毛细管，以实现不同微通道之间的传热与传质。微通道蒸馏塔的高度为3～20m。专利申请CN109569002A采用同心圆管式蒸馏柱作为微通道精馏柱，同心柱之间的间隙为精馏柱的微通道，微通道内外管间设置间隙宽0.5～5mm，并且在同心柱的外管内壁和内管外壁上均匀加工有深度为0.1～3mm的螺旋型沟槽，增强管内外的传热系数，改善气液分布均匀性，提高分离效率，同时还需要在微通道精馏塔外设置加热夹套，为物料蒸出提供能量。

目前，微通道精馏柱由于其外形尺寸小于1厘米，无法在精馏柱内装填高效分离填料，为了实现柱内气液传质与传热，只能通过在通道内壁开出沟槽来增加传质传热面积，而整个通道空间体积无法得到充分利用，因此这种微通道精馏柱对于精馏效率的提升十分有限。

发明内容

已有微通道精馏柱的尺寸小于10毫米，是属于毫米级的精馏柱，而常规的工业精馏塔的尺寸通常大于0.3米，是属于米级的精馏柱，前者精馏柱内空间利用率低，后者能源消耗及安全风险大。本发明针对已有精馏柱(塔)存在的缺陷，提出了一种厘米级精馏单元簇式精馏塔装置，既提高了精馏单元的空间利用率，又大大降低了安全风险。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：