[发明专利]管式精馏塔

说明书

本发明属于液体或气体混合物的分离装置——精馏塔。

迄今为止，对于液体或气体混合物的分离大都是根据各组分挥发能力的差异或者是各组分沸点的不同，而在一种被称之为精馏塔的装置内进行精馏，最后获得分离出的具有一定纯度的各种组分(气体混合物在用精馏法分离时要先液化)。其精馏方法是，通过把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把气体混合物进行多次部分冷凝的这样一种操作过程，使汽液两相在直接接触传热的同时进行质的交换，最后分离出所要求的各种组分，请参阅1978年5月由上海科技出版社出版的《基础化学工程》一书的中册的第88页。由于部分汽化和部分冷凝的次数愈多，分离效果愈好，所以，在精馏塔内都装有使汽液两相能进行多次接触或连续接触的传质设备，现如今采用最多的板式精馏塔是在其塔内装有数十块塔板，而另一种也得到普遍应用的填料式精馏塔则是在其塔内装有数以万计的填料块，其目的都是为了使从塔顶自上而下的冷凝液体与从塔底自下而上的蒸发汽体在每经过各层塔板或各层填料块时都能进行一次部分汽化和部分冷凝，从而改变汽液两相中内部组分的构成，即在汽相中是易挥发组分增浓，而在液相中则是难挥发组分增浓。当冷凝液体与蒸发汽体在经过所有层塔板或填料块之后，塔顶则得到了具有一定纯度的易挥发性气体组分，而塔底则得到了具有一定纯度的难挥发性液体组分。虽然采用上述两种传质设备的精馏塔都能够使液体混合物得以比较完善地分离，但由于上述两种塔不是在塔内装入了数十块塔板，就是在塔内装入了数以万计的填料块，所以上述两种精馏塔的内部结构都较为复杂，这就给精馏塔的制造、安装与检修等工作带来困难，同时也给塔的小型化方面带来困难，因而，也就使得精馏塔的应用领域受到了一定的限制。

本发明的任务就是要提供一种新的能让汽液两相通过直接连续性的接触来进行有效传质的设备，它能使精馏塔具有较为简单且比较紧凑的结构，并易于制造、安装与检修以及塔的小型化。

本发明的任务是这样实现的，在一个由外壳，塔底蒸发器、分凝器、回液管、进料管、排液管、排气管以及让混合液体与蒸发汽体塔内进行直接接触来传质的设备所组成的精馏塔中，其混合液体与蒸发汽体是在塔内的一个叫做交换管的管式容器中来进行传质的。其混合液体(即原料液)是从塔的中部的一个特定位置经进料管进入交换管内并与温度和浓度都基本相同的从塔顶自上而下的回流液交汇在一起继续顺着带有一定坡度的交换管道是自下而上的蒸发汽体在交换管道内进行汽液两相的直接接触，因而使得温度较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热而部分汽化，此时，因挥发能力的差异，低沸点组分要比高沸点组分挥发的多，所以，使得气相中是相对易挥发的组分增浓；与此同时，温度较高的汽体混合物，因加热了温度较低的液体混合物而使自己部分冷凝，同样是因为挥发能力的差异，高沸点组分要比低沸点组分冷凝的多，因而使得液相中是相对难挥发的组分增浓。显然，只要这样的交换过程能持续下去，那么在汽相中就会聚集越来越多的易挥发组分(这些易挥发的气体组分将从塔顶的排气管导出，其中部分气体将进入分凝器冷凝后作为回流液从新导入交换管内)，而在液相中则会聚集越来越多的难挥发组分(这些难挥发的液体组分除了在流经塔底蒸发器而被蒸发一部分作为回流蒸发汽体之外，其余的则从塔底的排液管作为产品导出)。这也就是说，只要交换管具有一定的长度，那么就会取得一定的分离效果，而交换管越长，则分离效果就会越好。因此，在能够保证从塔底蒸发器蒸发出来的蒸发汽体所携带的热量等于混合液体中易挥发组分全部汽化所需要的热量的情况下，只要是交换管具有足够的长度，那么这液体混合物就能够得到比较完善地分离。此外，还应当说明的是，在一个精馏塔中只能使两个组分的液体混合物得到比较完善地分离，而对于三个组分或更多组分混合物的分离则是应在两个组分的基础上，每增加一个组分就增加一个精馏塔或增加一套传质设备。

本发明的管式精馏塔在用于分离纯度要求不太高的汽液体混合物时可去掉包括分凝器在内的进料管以上的精馏段部分，这样可降低塔的造价。

本发明更好的技术方案可以是把交换管的内壁表面制成螺旋形凹凸线的构造使上下的汽液体能呈旋转翻滚形的湍流状态并且在交换管内还可装入带筛孔和围堰的长条板装置使向下流淌的混合液体在从筛孔眼往下滴流的过程中能与自下而上的蒸发汽体增加接触，两者的目的都是为了让汽液两相能充分的接触，从而加快汽液两相的传质过程，进而可缩短交换管的长度，减小塔的体积与重量，降低造价。