本发明公开了一种分壁精馏塔，在塔中设置一块垂直隔板，将塔分隔为4个部分：塔顶公共精馏段、塔中进料段、塔中出料段和塔底公共提馏段；所述分壁精馏塔还包括液体分配控制系统和气体分配控制系统；液体分配控制系统包括液体分配器、液体分配电脑控制系统和一、二级集液板，液体分配器安装于隔板和上部公共精馏段之间，隔板两侧分别设置一、二级集液板；气体分配控制系统包括气体分配器和气体分配电脑控制系统。该分壁精馏塔可以各自独立灵活调节分隔板两侧的液体回流分配比和气体分配比，且具有安装和控制方便，分流比控制精确的特点，进而达到理想的产品分离效果。
1.一种分壁精馏塔，在塔中设置一块垂直隔板，将塔分隔为4个部分：塔顶公共精馏段、塔中进料段、塔中出料段和塔底公共提馏段；其特征在于：所述分壁精馏塔还包括液体分配控制系统和气体分配控制系统；液体分配控制系统包括液体分配器、液体分配电脑控制系统和一、二级集液板，液体分配器安装于隔板和上部公共精馏段之间，隔板两侧分别设置一、二级集液板；气体分配控制系统包括气体分配器和气体分配电脑控制系统；液体分配器由安装有磁铁的液体导向板和电磁吸铁栅板组成；气体分配器由安装有磁铁的气体导向板和电磁吸铁栅板组成；所述的液体导向板位于电磁吸铁栅板上方，液体导向板与隔板在同一平面，导向板顶部距离公共精馏段底部1 200mm；导向板底部距离下方电磁吸铁栅板中心~位置的垂直距离为1 200mm。
2.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于：液体导向板由上下两部分组成，液体导向板上部为上半圆形，下部为矩形，液体导向板沿垂直于半圆形直径的半径方向成轴对称，上半圆形直径为0.8 1D，下部矩形长为0.6 0.9D，矩形宽为0.2 0.6D， D为塔直径；液~ ~ ~体导向板且上半圆形直径处设置转动轴，液体导向板沿转动轴进行转动，转动角度为-90~
3.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于：所述的电磁吸铁栅板为一组水平放置的格栅，每个格栅中空设计且贯穿塔壁，格栅采用密封焊的形式固定于塔壁上，格栅内部填装电磁吸铁条，格栅间距3 20mm，电磁吸铁栅板位于隔板上部，格栅与隔板顶部平行，格~栅与隔板顶端的垂直距离为1 200mm。
4.按照权利要求1或3所述的分壁精馏塔，其特征在于：液体导向板的转动角度是由电脑控制系统控制电磁吸铁栅板上的不同位置格栅的电磁吸铁条和导向板上磁铁之间产生吸引力进行转动。
5.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于：多组分混合物分离过程的液体分配的控制方式有以下两种中的任意一种：（1）根据工艺要求在电脑控制系统中设定系统所需液体分配比，由液体分配电脑控制系统控制液体分配器中的液体导向板旋转角度；（2）将塔顶流出的轻组分产品浓度作为质量控制指标输入电脑控制系统，精馏过程中，在塔外对塔顶流出的轻组分产品的浓度进行检测，然后将浓度信号传递给电脑控制系统，由电脑控制系统来调整液体导向板的转动角度，实现液体分配的自动控制。
6.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于：所述的一级集液板宽度为0.25~
0.4D，一级集液板与水平方向夹角为-10 0°；二级集液板宽度为0.25 0.4D，二级集液板与~ ~水平方向夹角0 10°；一级集液板和二级集液板相互交错布置，相邻的一级和二级集液板的~间距范围为50 500mm。
7.按照权利要求1或6所述的分壁精馏塔，其特征在于：二级集液板底部均匀设置若干液体导流管，导流管垂直于隔板且沿径向排列，每个液体导流管底部均匀设置若干液体分散口，分散口直径沿液体流动方向逐级增加。
8.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于：气体导向板为下半圆形，下半圆顶部通过与隔板底部设置的转动轴连接，气体导向板转动角度为-90 90°，半圆直径为0.8~ ~
9.按照权利要求1或8所述的分壁精馏塔，其特征在于：气体导向板位于电磁吸铁栅板上部，气体导向板底部磁铁距离下方电磁吸铁栅板中心位置的垂直距离为1 200mm；气体分~配器中电磁吸铁栅板中心格栅与隔板在同一平面。
10.按照权利要求1所述的分壁精馏塔，其特征在于：气体导向板的转动角度是气体分配电脑控制系统控制电磁吸铁栅板上的不同位置格栅的电磁吸铁条和导向板上磁铁产生吸引力进行转动。
11.按照权利要求1或10所述的分壁精馏塔，其特征在于：多组分混合物分离过程，气体分配控制方式有以下两种中的任意一种：（1）根据工艺要求在电脑控制系统中设定所需气体分配比，由电脑控制系统控制气体分配器中的气体导向板转动角度；（2）将塔底流出的重组分产品浓度作为质量控制指标输入电脑控制系统，精馏过程中，在塔外对塔底流出的重组分产品的浓度进行检测，然后将浓度信号传递给电脑控制系统，由电脑控制系统来调整气体导向板的转动角度，实现气体分配的自动控制。
一种分壁精馏塔
技术领域
[0001] 本发明涉及一种新型的分壁式精馏塔。
背景技术
[0002] 炼厂是能源生产单位同时也是能量消耗大户，而精馏过程在炼厂能耗中占据着相当大的比重。
[0003] 目前，炼厂和化工厂精馏过程主要采用的是传统塔器进行物料的分离，理论上要获得N个产品则需要建设N-1个精馏塔，相应的投资和能耗较大。因此为了减少投资和过程能耗，开发新型的精馏设备是最佳选择。其中，分壁塔相比计较于传统精馏塔可以极大地降低能耗、减少投资，是典型的新型节能精馏设备。
[0004] 分壁塔是在传统精馏塔中间设置一径向垂直隔板，将塔内空间分割为4部分：隔板左侧（进料区）、隔板右侧（中间产品区）、隔板上侧（公共精馏段）和隔板下侧（公共提馏段）。分壁精馏塔（DWC）对于多组分精馏有着巨大的优势。由于DWC中无返混现象，可比常规精馈塔节能20% 50%，同时由于减少1个塔和1个再沸器，可节约投资30%左右。
~
[0005] 分壁精馏塔是完全热耦合精馏塔的一种特殊形式，将两个塔合并为一个塔，在减少投资的同时必不可少的增加了塔器控制的难度，关键在于隔板两侧的液相和气相分配问题，气液分配比例调节是分壁塔实现高效节能的关键。
[0006] US2011139604A1公开了一种分壁塔，该塔塔内隔板采用了非对称形式，以进料和塔中出料为非对称点对隔板进行调整，使得进料侧进料口下端空间增加，同时使出料端下侧空间减小，达到平衡塔内气液相负荷的目的。该分壁塔仅仅解决了分隔板两侧不同区间内气液相不均匀的问题，并未涉及到液气的分配控制问题。
[0007] US4230533公开了一种分壁塔气液分流控制方法，该塔中使用的液体回流是以液位差为动力，通过流量计调节；塔底上升气体通过走旁路的方式来实现分配调节，并且液体回流分配与气体分配之间没有相互关联。该方法中液体的流动只是以液位差推动力，由于是旁路方式必然会导致气阻的发生，因此在实际运行过程中很容易产生液体流通不畅的情况，不利于装置的平稳运行。
[0008] US5755933 公开了一种分壁塔，该分壁塔是将分隔板延伸到分壁塔的顶部或底部，然后通过冷凝器或再沸器分别回流，来实现对回流液体和上升气体的分配。
[0009] CN201110192770.7公开了一种分壁塔，该塔针对塔内液相分配和气相分配问题提出一种新的控制方案，旨在解决分壁塔的气液分配控制问题，实现塔的灵活操作。但是也存在几点不足：（1）气相分配控制器采用旋转导向分隔板对气体进行分配控制，但导向板的旋转采用旋钮手动旋转方式，安装时需要在塔壁开孔，导致隔板塔密封性能减弱，塔在高压运行时开孔处易出现泄漏问题，在增加工人劳动量的同时给装置带来安全隐患；（2）隔板两侧气体流量监测采用压力计量方式，这一方式可以用于塔内压力监测，但作为塔操作参数则不够准确，这是由于塔内气相物质的可压缩性导致，压力表无法区分是由于气体流量增加导致压力上升还是由于塔内液泛导致压力上升。因此，采用压力对气相分配比进行控制存在控制参数不准确的问题，易造成塔操作波动。
[0010] 由于隔板的引入导致目前广泛应用在普通精馏塔中的气、液分布装置和塔板在结构形式以及传质效果上不能满足隔板精馏塔的要求；分壁塔对塔内件要求比传统塔更高。在现有的分壁式精馏塔中，由于塔板结构的过高要求因此需要对塔板进行特殊设计，大部分的分壁塔采用的是规整填料进行气液传质。填料式分壁塔存在两个技术关键，一是塔内气液分配控制问题，二是液相进行分配后在隔板两侧的分散以及壁流问题。
发明内容
[0011] 针对现有分壁精馏塔液相分配困难，分配比控制不精确，气相难以实现分割以及填料塔内壁流问题，本发明提供了一种新型的分壁精馏塔，解决了液体分布不均匀以及壁流问题，可以实现液体和气体的单独灵活分配和控制问题。提高产品的分离效果，简化塔的控制问题。
[0012] 本发明的分壁精馏塔，在塔中设置一块垂直隔板，将塔分隔为4个部分：塔顶公共精馏段、塔中进料段、塔中出料段和塔底公共提馏段；所述分壁精馏塔还包括液体分配控制系统和气体分配控制系统；液体分配控制系统包括液体分配器、液体分配电脑控制系统和一、二级集液板，液体分配器安装于隔板和上部公共精馏段之间，隔板两侧分别设置一、二级集液板；气体分配控制系统包括气体分配器和气体分配电脑控制系统；液体分配器由安装有磁铁的液体导向板和电磁吸铁栅板组成；气体分配器由安装有磁铁的气体导向板和电磁吸铁栅板组成。
[0013] 本发明分壁精馏塔中，所述的液体导向板位于电磁吸铁栅板上方，液体导向板与隔板在同一平面，导向板顶部距离公共精馏段底部1 200mm，优选10 50mm；导向板底部距离~ ~下方电磁吸铁栅板中心位置的垂直距离为1 200mm，优选10 50mm；液体导向板由上下两部~ ~
分组成，液体导向板上部为上半圆形，下部为矩形，液体导向板沿垂直于半圆形直径的半径方向成轴对称，上半圆形直径为0.8 1D，优选0.85 0.95D，下部矩形长为0.6 0.9D，优选为~ ~ ~
0.6 0.8D，矩形宽为0.2 0.6D，优选为0.3 0.5D，D为塔直径；液体导向板且上半圆形直径处~ ~ ~
设置转动轴，液体导向板沿转动轴进行转动，转动角度为-90 90°，优选-45 45°，下部矩形~ ~
板内底端镶嵌固定一矩形磁铁，磁铁大小以满足液体导向板灵活转动为准。
[0014] 所述的电磁吸铁栅板为一组水平放置的格栅，每个格栅中空设计且贯穿塔壁，格栅采用密封焊的形式固定于塔壁上，格栅内部填装电磁吸铁条，格栅间距3 20mm，优选3~ ~10mm，电磁吸铁栅板栅板采用不锈钢材质，防止被磁化。电磁吸铁栅板位于隔板上部，格栅与隔板顶部平行，格栅与隔板顶端的垂直距离为1 200mm，优选10 50mm。
~ ~
[0015] 本发明分壁精馏塔中，液体导向板的转动角度是由电脑控制系统控制电磁吸铁栅板上的不同位置格栅的电磁吸铁条和导向板上磁铁之间产生吸引力进行转动，将要转动角度对应的位置的电磁吸铁条通电即可。
[0016] 本发明分壁精馏塔中，多组分混合物分离过程的液体分配的控制方式有以下两种：
[0017] 一、根据工艺要求在电脑控制系统中设定系统所需液体分配比，由液体分配电脑控制系统控制液体分配器中的液体导向板旋转角度；
[0018] 二、将塔顶流出的轻组分产品浓度作为质量控制指标输入电脑控制系统，精馏过程中，在塔外对塔顶流出的轻组分产品的浓度进行检测，然后将浓度信号传递给电脑控制系统，由电脑控制系统来调整液体导向板的转动角度，实现液体分配的自动控制。例如：三组分（A/B/C）混合物分离，其中分子量大小A
[0019] 本发明分壁精馏塔中，所述的一级集液板宽度为0.25 0.4D，优选0.25 0.3D，一级~ ~集液板与水平方向夹角为-10 0°，优选-5 -2°，将经过液体导向板的液体进行收集同时防~ ~
止壁流；二级集液板宽度为0.25 0.4D，优选0.25 0.3D，二级集液板与水平方向夹角0 10°，~ ~ ~
优选2 5°；一级集液板和二级集液板相互交错布置，集液板一端固定在塔壁或隔板上，可根~
据气相负荷调整集液板安装间距，间距范围为50 500mm，优选为50 200mm。
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[0020] 本发明分壁精馏塔中，二级集液板底部均匀设置若干液体导流管，导流管直径根据液相负荷计算确定，导流管数量为5 100个，优选为5 50个，导流管垂直于隔板且沿径向~ ~排列，每个液体导流管底部均匀设置若干液体分散口，分散口直径沿液体流动方向逐级增加，每个导流管下部液体分散口数目根据导流管长度和塔内液相负荷计算确定。
[0021] 本发明分壁精馏塔中，气体导向板为下半圆形，下半圆顶部通过与隔板底部设置的转动轴连接，气体导向板转动角度为-90 90°，优选-45 45°，半圆直径为0.8 1D，优选~ ~ ~0.85 0.95D，气体导向板内底部镶嵌一块弓形磁铁。气体导向板位于电磁吸铁栅板上部，气~
体导向板底部磁铁距离下方电磁吸铁栅板中心位置的垂直距离为1 200mm，优选10 50mm。
~ ~
[0022] 本发明分壁精馏塔中，气体分配器中电磁吸铁栅板和液体分配器中电磁吸铁栅板设计结构相同，电磁吸铁栅板中心格栅与隔板在同一平面。
[0023] 本发明分壁精馏塔中，气体导向板的转动角度是由电脑控制系统控制电磁吸铁栅板上的不同位置格栅的电磁吸铁条和导向板上磁铁之间产生吸引力进行转动，将要转动角度对应的位置的电磁吸铁条通电即可。
[0024] 本发明分壁精馏塔中，多组分混合物分离过程的气体分配控制方式有以下两种：
[0025] 一、根据工艺要求在电脑控制系统中设定所需气体分配比，由电脑控制系统控制气体分配器中的气体导向板转动角度；
[0026] 二、将塔底流出的重组分产品浓度作为质量控制指标输入电脑控制系统，精馏过程中，在塔外对塔底流出的重组分产品的浓度进行检测，然后将浓度信号传递给电脑控制系统，由电脑控制系统来调整气体导向板的转动角度，实现气体分配的自动控制。例如：三组分（A/B/C）混合物分离，其中分子量大小A
[0027] 本发明分壁精馏塔中，液体导向板、电磁吸铁条栅板以及气体导向板、电磁吸铁条栅板的安装设计尺寸根据实际物料特性可以适当调整。
[0028] 本发明新型分壁精馏塔与现有技术相比具有如下优点：
[0029] （1）气体分配器和液体分配器采用电磁式分配调节方式，使用电磁控制系统通过栅板和导向板上设置的磁铁之间的吸引力控制液体和气体导向板的转动角度，通过检测塔外产品的浓度，然后将信号传递给电脑控制系统，可以实现液体和气体的单独灵活分配和控制问题，提高产品的分离效果，简化塔的控制问题。采用密封焊的形式，无须再塔壁上开孔，可以有效地避免塔体安装泄漏风险。
[0030] （2）取消公共精馏段下部液体集液板，增加分隔板两侧的一、二级集液板，两级集液板之间气相可以自由流动从而降低塔内压降，节约能耗。隔板两侧集液板和液体分散口的设计可以实现分配液体的完全收集以及分散，避免液体分布不均匀以及壁流问题。
附图说明
[0031] 图1是本发明新型分壁精馏塔结构示意图。
[0032] 图2是本发明电磁吸铁栅板结构示意图。
[0033] 图3是本发明液体导向板结构示意图。
[0034] 图4是本发明气体导向板结构示意图。
[0035] 图5是本发明隔板两侧一、二级液体集液板结构侧视示意图。
[0036] 图6是本发明二级液体集液板底部液体分散口结构仰视示意图。
[0037] 其中图1：1-塔顶产品，2-塔顶回流泵，3-塔顶分液罐，4-塔顶冷却器，5-塔顶回流液，6-公共精馏段，7-液体导向板，8-液体导向板下部磁铁，9-液体电磁吸铁条栅板，10-液体分配电脑控制系统，11-一级集液板，12-二级集液板，13-液体分散口，14-原料，15-气体导向板，16-气体导向板磁铁，17-气体分配电脑控制系统，18-气体电磁吸铁栅板，19-公共提馏段，20-塔底采出液，21-塔底产品，22-塔底再沸器，23-塔底再沸气，24-中间产品，25-液体分配控制信号，26-气体分配控制信号；
[0038] 图2：201-电磁吸铁条栅板和控制电脑之间连接电缆，202-塔壁，9-电磁吸铁条；
[0039] 图3：301-液体导向板，302-液体导向板转动轴，303-磁铁；
[0040] 图4：401-气体导向板，402-气体导向板转动轴，403-磁铁；
[0041] 图5：501-隔板，502-二级集液板，503-一级集液板，504-塔壁，505-液体分散口。
具体实施方式
[0042] 结合图1对本发明分壁精馏塔进行详细说明。
[0043] 本发明分壁精馏塔，在塔中设置一块垂直隔板，将塔分隔为4个部分：塔顶公共精馏段、塔中进料段、塔中出料段和塔底公共提馏段。从塔顶冷凝器回流的液体经公共精馏段后由液体导向板进行导向分割，分割后的液体分别进入隔板两侧两级液体集液板进行液体分散。从塔底再沸器返回的气体进入塔共同提馏段后由气体导向板进行导向分割，分别进入隔板两侧进行气液传质分离。
[0044] 待分离物料自14进入分壁塔进料侧预分离段，进料液体进行初步分离，轻组分上升重组分下降。轻组分和中间组分在公共精馏段6进行进一步分离，塔顶轻组分经冷却器4进入塔顶分离罐3，分离后液相分两部分，一部分作为塔顶产品出料，一部分作为回流液体返回塔顶。液相在重力场作用下逐板下降，液体被导向板7进行导向分割，分流后液体分别进入隔板两侧的一级液体集液板11。液体分配控制信号（塔顶轻组分产品浓度信号）25传递给液体分配电脑控制系统10，电脑控制系统10控制液体导向板的旋转角度，在8和9的相互作用下实现液体导向板的旋转和液体分配。液体经过两级集液板（11和12）收集、液体导流管分散后分别进入隔板两侧塔段进行分离，分离后中间产品24离开装置。塔底再沸器产生的回流气体23经过公共提馏段后经气体导向板15进行分配后分别进入隔板两侧，通过气体分配电脑控制系统17控制栅板上不同位置吸铁条和磁铁16进行相互作用，控制气体分配。气体分配控制信号（塔底重组分浓度）26。塔底液相20一部分经再沸器22加热后返回塔内，一部分作为产品21出装置。
[0045] 本发明导向板控制液体分配和塔底上升气体分配，可以各自独立灵活调节分隔板两侧的液体回流分配比和气体分配比，达到理想的产品分离效果。实施例
[0046] 混合原料ABC进入分壁精馏塔进料侧，在加热状态下轻组分汽化上升（A和B），重组分以液相形式下降（B和C）。塔顶气相物质经过冷凝冷却后，一部分作为塔顶产品A出装置（含有微量中间组分B），一部分返回塔内作为回流液相。回流液体经过公共精馏段由液体分配器进行导向切割，控制液体分配比；将塔顶产品A浓度作为控制信号输出给液体分配电脑控制系统，调节液体导向板旋转角度，实现液体分配自动控制和调节，保证塔顶产品质量指标。液相经过分配后分别进入隔板两侧，在出料侧获得中间产品B。液相进入塔底后在再沸器作用下实现部分汽化并返回塔内作为回流气相，剩余液相则作为塔底产品C出装置（含有微量组分B）。回流气相经过公共提馏段由气体分配器进行分割，控制气体分配比；将塔底产品C浓度作为控制信号输出给气体分配电脑控制系统，调节气体导向板旋转角度，实现气体分配的自动控制和调节，保证塔底产品质量指标。
