[实用新型]板翅式热耦合精馏装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种应用于上塔下塔连接的内部热耦合板翅式精馏装置，属于低温空气分离领域的精馏技术。

背景技术

在低温空气分离过程中，精馏过程操作显著地影响着其能量消耗，能耗占运行成本80％以上。随着全球范围内的能源危机和日益高涨的环保需求，如何提高精馏过程的生产效率、降低过程的能耗已经引起各国关注。当前精馏的研究主要包括两个方面：精馏模式的创新和精馏设备的设计。精馏模式的创新将在理论上指导精馏设备开发与设计。迄今为止，低温空分流程按精馏模式来分可分为单级精馏塔流程和双级精馏塔流程。

图1所示为低温空气分离流程中的单级精馏塔流程，图中所示的有：一单级精馏塔的塔体11，一冷凝蒸发器12，一过冷器13，一节流阀14等。所述的流程是在工业生产中普遍使用的蒸汽再压缩精馏模式基础上演变而来。蒸汽再压缩精馏模式特点是通过压缩机压缩精馏塔顶部气体产品，提高气体热量的等级使之足以用于塔底的再沸过程。单级精馏塔流程只能制取一种纯产品，提取率低，经济效果差，仅用于某些小型空分装置和制取液态产品的装置。

图2所示为低温空气分离流程中的双级精馏塔流程，图中所示的有：上塔21，下塔22，主冷凝蒸发器23，过冷器24和节流阀25等。现在低温空气分离行业广泛采用这种精馏流程，它克服了单级精馏塔流程只可以制取一种纯产品、提取率低和经济效果差的缺点。

当前降低低温空气精馏分离能耗越来越受到行业的重视，精馏过程降低能耗就是要减少有效能的损失，而有效能损失是由下列不可逆过程引起的：(1)流体流动的压力降-压差推动力；(2)不同温度物流间的传热或不同温度物流的混合-温差推动力：(3)相浓度不平衡物流间的传质或不同浓度物流的混合-浓度差推动力。其中减小温差推动力主要体现在减小上下塔之间主冷凝蒸发器(简称主冷)的换热平均温差。因此许多高效换热器应运而生。例如，热虹吸式冷凝蒸发器、强制循环式冷凝蒸发器、双沸腾型冷凝蒸发器(专利号为ZL00226629.6)和膜式冷凝蒸发器等。主冷的换热平均温差对能耗的影响很大，特别是大型全低压空分设备更为显著，主冷温差降低0.1℃，下塔顶部的压力降低～4.2kPa。在空分设备的设计中，小型空分的主冷温差一般为3℃，大中型空分采用浸浴式结构的主冷温差一般为1.3℃～2℃，采用膜式结构的主冷温差可降低到0.5℃～0.8℃。大中型空分膜式主冷比浸浴式主冷的温差降低0.8℃～1.2℃，下塔顶部压力可降低33.6kPa～50.4kPa，这样空气压机能耗可降低3.3％～5.1％。这对大型空分设备而言，节能是十分可观的。但是，随着主冷最小传热温差接近极限，传统的双级精馏塔能耗下降空间已经不大。许多专家对精馏过程进行热力学评价分析，发现内部热耦合精馏技术是迄今为止提出的节能精馏技术中节能最有效的方式。

把内部热耦合精馏节能原理引入低温空气分离领域，开发适合低温空气分离的内部热耦合精馏流程和内部热耦合精馏设备，将会突破现有的节能技术瓶颈。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种采用热耦合精馏装置流程，把下塔的顶部和上塔的底部热耦合在一起，从而取消主冷凝蒸发器，使下塔顶部温度小于上塔底部温度，从而大大降低下塔压力，减少不可逆损失的板翅式热耦合精馏装置。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，它主要由精馏板束、液体分配装置和气体分配装置组成，所述的精馏板束由隔板、翅片及封条构成；在相邻的两隔板之间设置有翅片、封条并组成一个夹层，所述的夹层形成一个供向下流动的液体和向上流动的气体的流体通道；相邻布置的两流体通道分别为上塔流体通道和下塔流体通道，且它们被一层隔一层地叠置在一起。

所述的上塔流体通道上部翅片间距大于下部翅片间距；而所述的下塔流体通道的上部翅片间距小于下部翅片间距；所述的翅片高度为8-50mm，厚度为0.1-0.2mm，翅片形式为平直型、混合型、多孔型或波浪型中的一种。

所述的液体分配装置包括一被分为液体通道和气体通道的分配流体通道；所述的供液体通过的液体通道内的翅片上开设有均匀分布的孔，在该带有所述孔的翅片下方设置有倾斜的封条，以及设置有一过桥区与流体通道相连通。

所述的液体通道内水平设置有两种或多种打孔平直翅片，上部的打孔平直翅片的开孔面积比下部打孔平直翅片的开孔面积大；所述的气体通道于所述过桥区相连通，并在气体通道内设置有倒流片；所述的气体通道的侧面设置有用于将气体导流集中收集后引出的气体出口。