一种凹凸壁面结构填料精馏塔及其使用方法

技术领域

本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种凹凸壁面结构填料精馏塔及其使用方法。

背景技术

根据有关数据显示，国内工业总能耗中，石油化工耗能较高，其所占份额大约为15％，其中主要来源于分离环节，该环节的能耗约占整体能耗的40％～ 70％。然而，分离能耗中精馏单元操作所占份额最大，约占到95％。自国家的十三五发展规划中就明确指出，工业发展将进一步细化节能减排指标，由企业来负责贯彻落实。所以，在当前节能减排的大背景下，需重点对精馏工艺这一环节进行优化和改良。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有的精馏塔节能技术，主要包括以下三种方法：①优化精馏工艺，采用热泵或多效精馏技术等；②改进和优化精馏操作参数，如回流比、进料热状况等；③改善精馏塔结构，优化填料结构和材料等。

填料塔是连续式的气液精馏分离设备，塔体结构通常为平滑的圆筒形壁面结构，由于填料和壁面之间的孔隙率较大，从而导致在填料塔壁面处流体阻力较小，流通通道相对于填料床层内部要大很多，从而导致流体在填料床层中流动时，会趋向于在填料塔壁面处进行富集，从而造成填料床层利用率下降。为了削弱填料塔壁面效应，多采用分段设置液体分布器的方法，使壁面上富集的液体能再次均匀分布，以达到提升填料床层的有效接触面积的目的。但是，该方法通常填料床层需要多段设置，需要安装较多的填料压板、填料支撑板和液体分布器等，从而导致填料塔结构复杂、体积大、重量大、维修繁琐等缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种克服了填料塔的壁面效应，使气液传质效果更好，填料床层利用率提高，接触面积更大、接触时间更长，从而使精馏分离效率大大提升的凹凸壁面结构填料精馏塔及其使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种凹凸壁面结构填料精馏塔，具有：

塔体，所述塔体从上至下依次为塔顶、精馏段、提馏段和塔釜；

填料，所述精馏段和提馏段内设有填料；

凹凸状壁面，所述塔体上设置填料的壁面上设有凹凸状壁面；

液体分布器，设置在所述塔顶内，所述液体分布器设置在精馏段的填料的上方；

原料液进口管，设置在所述提馏段的填料上方的塔壁上；

气体出口管，设置在所述塔顶上；

冷凝器，通过管路与所述气体出口管连接；所述液体分布器与所述冷凝器连接；所述冷凝器与产品出口管连接；

气体入塔分支管，设置在所述塔釜上；

再沸器，通过管路与所述气体入塔分支管连通；

液体出口管，设置在所述塔釜上，所述液体出口管通过管路与所述再沸器连接。

所述塔体内壁上设有填料支撑板，所述填料安装在所述填料支撑板上。

所述塔体内壁上还设有填料压板，所述填料压板压紧所述填料压。

所述精馏段的填料和提馏段的填料之间的塔壁上设有观察孔。

所述塔顶上还设有除沫器。

所述气体出口管位于所述塔顶的顶部；所述液体出口管位于所述塔釜的底部。

一种上述的凹凸壁面结构填料精馏塔的使用方法，塔顶回流液体由液体分布器进行分流，分流后的液体沿着填料床层的空隙进行流动，在填料表面实现冷热流体间的换热与传质，完成精馏动作。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果，改造了填料精馏塔的塔体壁面结构，并且结合流体在填料床层中流动特点，克服了填料塔的壁面效应，使气液传质效果更好，填料床层利用率提高，接触面积更大、接触时间更长，从而使精馏分离效率大大提升；结构简单，维修和安装便捷，大幅节约了设备成本和维修成本。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的凹凸壁面结构填料精馏塔的结构示意图；

上述图中的标记均为：1、塔顶，2、精馏段填料床层，3、观察孔，4、提馏段填料床层，5、塔釜，6、凹凸状壁面，7、填料支撑板，8、再沸器气体入塔管，9、再沸器，10、液体出口管，11、填料压板，12、原料液进口管，13、液体分布器，14、除沫器，15、气体出口管，16、冷凝器，17、回流液进口管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，一种凹凸壁面结构的填料式精馏塔。其塔体内表面由凹凸结构组成，其内部无需安装液体分布器。其结构包括：填料床层、液体分布器、除沫器、塔顶气体出口管、冷凝器、塔顶回流液进口管、塔釜釜液出口管道、再沸器、再沸器气体入塔管道、原料液进口管、填料压板、填料支撑板、观察孔。塔顶气体出口管道连接冷凝器，冷凝器中冷凝液通过液体回流管道进入塔顶，塔釜的底部釜液出口管连接至再沸器，从再沸器中出来的气体由塔釜气体入口管道进入塔内。精馏过程中的原料液由塔体中间位置的原料进口管进入塔内，通过观察孔可以观测精馏段下降流体在塔内的分布状况。

填料式精馏塔中填料床层所在壁面为凹凸状结构，凹凸状结构壁面为防腐且耐磨的金属材料，其他位置处的壁面为平整的圆筒壁面。塔内装填精馏操作所需的常规填料，相比于传统填料塔，其内部无需再安装液体再分器。

填料塔顶部设置除沫器，除沫器用螺栓将其固定于塔体的内表面的支架上，且均为为防腐且耐磨的金属材料。

填料床层结构为填料压板(上方)与填料支撑板(下方)将填料床层固定。

填料精馏塔中填料床层无需等高度设置，实际高度根据具体工艺要求适当调节。

板式填料式精馏塔的工作原理是：凹凸状壁面结构填料精馏塔的塔顶回流液体由塔顶液体分布器进行均匀分流，分流后的液体沿着填料床层空隙进行流动，在填料表面实现冷热流体间的换热与传质，完成精馏操作。由于填料塔的塔体壁面采用了凹凸状的壁面结构，使填料塔的壁面效应削弱，液体流经填料床层后，在塔体内壁面处不会发生明显的液流富集现象，从而使填料床层的利用率提高，并进一步提升了精馏塔的分离效率。

通过改造填料式精馏塔的塔体壁面结构，抑制了填料塔中的壁面效应，使得填料床层的填料表面利用率提升，进一步强化了填料中气液接触机会和传质效率，从而使填料式精馏塔的生产效率提高。

塔顶气体出口管连接冷凝器，冷凝器中的冷凝液通过液体回流管连接至精馏塔塔顶，经塔顶液体分布器进入塔内，后依次经过精馏段和提馏段的填料层流至塔釜。。塔釜底部液体出口管连接至再沸器，釜液经再沸器加热后汽化，所得气体通过再沸器气体入塔管连接至塔釜,上升气体依次穿过提馏段和精馏段的填料层后，经过除沫器由塔顶气体出口管出塔。

在塔顶和进料口位置设置液体分布器，以便达到最好的液体分布效果和较好的精馏分离效率。精馏段填料床层中液体的分布效果可以通过观察孔进行观测。

塔顶和塔底均采用法兰式结构与塔体进行对接，以方便对塔内填料进行快速更换和维修处理。填料的充填方式采用湿法充填，当填料充填完成后，需对塔内填料床层进行气流干燥处理。填料床层干燥处理前，需用填料压板对填料床层进行压固。

凹凸壁面结构填料精馏塔的工作原理是：塔顶回流液体由塔顶回流液分布器进行均匀分流，分流后的液体沿着填料床层的空隙进行流动，在填料表面实现冷热流体间的换热与传质，完成精馏操作。由于填料塔的塔体壁面采用了凹凸状壁面结构，使填料塔壁面处孔隙率降低，从而导致液体流经填料床层后，不会在塔体壁面上发生液体富集现象，最终使填料床层的利用率提高。

采用上述的结构后，通过改造填料式精馏塔的塔体壁面结构，降低了塔体壁面处填料床层的孔隙率，使流体在塔体壁面处的流动阻力增大，从而抑制了填料塔中的壁面效应，使得填料床层内部的表面积利用率提高，并由此强化了填料中气液接触机会和提高了传质效率，使填料式精馏塔的生产效率最终得到大幅度提高。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。