一种蒸馏塔的制作方法

1.本发明涉及化工设备的技术领域，更具体地涉及一种蒸馏塔。


背景技术：

2.蒸馏塔是利用液体混合物中各组分沸点的差别，使液体混合物部分汽化并随之使蒸气部分冷凝，从而实现其所含组分分离的设备。蒸馏塔有板式塔与填料塔两种主要类型。板式蒸馏塔的内部结构主要是多层塔盘组建而成的。当塔工作时，塔内的液体在重力作用的影响下，从上层塔盘经降流管流至下层塔盘，于下层塔盘的受液盘上流动，横向流至另一侧，经降液管再流至下一层塔盘，以此类推，直至流至塔底。当下层气体经塔内压力推动自塔盘的气体通道向上运动时，通过各层塔盘的液层，与液体在塔盘上进行气液两相的传质交换和热交换，两相的组成沿塔的高度呈阶梯式变化。塔内塔盘是气液两相接触的场所，每一块塔盘只进行一次部分汽化和部分冷凝，通过气液两相的多次传质交换和热交换，实现不同组分分别在气相和液相中的富集和分离。
3.传统蒸馏塔设计无论用途和具体工艺，都离不开应用各类塔盘。且随着化工领域的发展，衍生出诸多繁杂结构的塔盘。这种结构会带来诸多问题，例如塔盘耗材多，蒸馏塔的成本难以降下来，对于一些塔盘数较高的工艺，蒸馏塔的高度会过高，而且对于主体高度固定的蒸馏塔而言，其理论塔盘数固定，工艺调整对产品的质量调整有限，此外，塔盘清理、维护、更换成本高。
4.因此，目前的蒸馏塔结构仍存在诸多的改进空间。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种蒸馏塔以解决现有技术中存在的上述问题中的至少一项。
6.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
7.根据本发明的一方面，提供一种蒸馏塔，包括：
8.塔体，所述塔体包括外壳和位于所述外壳内部的腔室，所述外壳的下部设有蒸汽入口且上部设有蒸汽出口；
9.引流传质装置，所述引流传质装置包括驱动机构、传动轴和桨叶组，其中所述驱动机构驱动所述传动轴转动，所述桨叶组包括设置在所述传动轴上且位于所述塔体的腔室中的至少一组桨叶，所述桨叶组引导所述腔室内的气体向下流动；
10.扰流装置，所述扰流装置对桨叶上方的气相组分进行扰流分散；
11.液体喷淋装置，所述液体喷淋装置设置在所述腔室中上部。
12.根据本发明的一个实施例，所述桨叶组包括分布在所述腔室的上部、中部和下部的三组桨叶。
13.根据本发明的一个实施例，所述扰流装置是从所述外壳的内壁径向向内延伸的环状平台。
14.根据本发明的一个实施例，所述扰流装置包括三个平台，在所述塔体的高度方向上，三个平台与三组桨叶交替设置且平台位于桨叶上方。
15.根据本发明的一个实施例，所述驱动机构是变频电机。
16.根据本发明的一个实施例，所述引流传质装置还包括变速箱，所述变速箱设置在所述变频电机与传动轴之间。
17.根据本发明的一个实施例，还包括用于封闭所述驱动机构的密封机构。
18.根据本发明的一个实施例，所述密封机构包括密封箱壳体、压力变送器和流量调节阀，所述密封箱壳体形成用于容纳所述驱动机构的封闭空间，所述密封箱壳体经由管路与外部气源连接，所述流量调节阀设置在所述管路上，所述压力变送器监测所述封闭空间顶部压力并向所述流量调节阀提供反馈调节信号并维持密封箱顶部压力略高于塔顶压力。
19.根据本发明的一个实施例，所述桨叶组中每个桨叶的多个叶片一体片型，所述桨叶与所述传动轴以榫卯结构连接。
20.根据本发明的一个实施例，所述液体喷淋装置包括环喷管和多个喷头，所述环喷管固定连接至所述传动轴，所述多个喷头均匀设置在所述环喷管上。
21.由于采用以上技术方案，本发明提供的蒸馏塔与现有技术相比具有以下有益效果中的至少一项：
22.(1)采用旋转的桨叶代替传统蒸馏塔内部塔盘，免去了制作设计塔盘和清洗塔盘的时间和花费，显著降低成本；
23.(2)桨叶转速可调，通过改变桨叶转速改变传质次数，相当于实现对理论塔盘数的连续调节且不需要增加蒸馏塔主体高度，一种结构可用于多种蒸馏工艺，通用性好；
24.(3)在一些实施例中，驱动机构被密封，利用压力变送器与流量调节器形成负反馈，防止气相组分从机械密封处溢出，发生危险，增加系统安全性。
附图说明
25.附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
26.图1是根据本发明的一个实施例的蒸馏塔的总体结构示意图；
27.图2是根据本发明的一个实施例的蒸馏塔顶部密封结构示意图；
28.图3是根据本发明的一个实施例的蒸馏塔的流体分布示意图。
29.附图标记列表
30.100塔体，200引流传质装置，210驱动机构，220传动轴，230桨叶组，240变速箱，250密封机构，251密封箱壳体，252进气管路，253流量调节阀，254压力变送器，300扰流装置，400液体喷淋装置，410环喷管，420喷头，500蒸汽发生装置，g1气相入口，go气相出口，g2气相入口，g
p
蒸汽出口，l1液相入口，lo液相出口，l2回流管路，eg放空口，e
l
放空口。
具体实施方式
31.以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
32.除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术
人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。
33.本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。
35.此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
36.图1示出了根据本发明的一个实施例的蒸馏塔的总体结构示意图。如图所示，该蒸馏塔总体包括塔体100、引流传质装置200、扰流装置300、液体喷淋装置400。
37.塔体100包括外壳和位于外壳内部的腔室。外壳在下部设有蒸汽入口g1，顶部设有蒸汽出口g
p
，中部设有液体物料入口l1、底部设有液体出口lo(参考图3)。蒸汽出口g
p
由管线与冷凝器连接，实现对气相组分的冷凝。气相和液相物料在腔室内流动并进行传质和换热。
38.引流传质装置200可以包括驱动机构210、传动轴220和桨叶组230。其中驱动机构210驱动传动轴220转动，桨叶组230包括设置在传动轴220上且位于塔体100的腔室中的至少一组桨叶，桨叶组引导腔室内的气体向下流动。驱动机构210可以采用变频电机，变频电机可以改变传动轴的转速。在一些实施例中，引流传质装置200还可以包括变速箱240，变速箱240设置在变频电机和传动轴220之间并用于调节转速。
39.桨叶组230引动塔体100内部的气流向下流动传质，替代传统塔盘的传质效果。桨叶组230可以包括分布在腔室的上部、中部和下部的多组桨叶。在图1所示的实施例中，桨叶组230包括三组桨叶，然而本发明并不仅限于此，可以根据塔体高度和传质要求设置更多或更少组的桨叶。桨叶可以采用两叶浆、三叶桨、四叶浆、五叶浆、六叶浆等，叶片的形状可以采用弧形弯曲式、后掠使等适于传质的各种形状。为防止桨叶在运行过程中脱落，致发生危险，每个桨叶的多个叶片可以采用一体成型，桨叶与传动轴220之间可以采用榫卯结构固定。通过改变桨叶组230的转速可以控制气相组分的流速和传质时间，可以将上方的气流引导至下方，增加气相与液相再次接触的机会。
40.扰流装置300对桨叶上方的气相组分进行扰流分散。扰流装置300可以采用从外壳的内壁径向向内延伸的环状平台。图1所示的实施例采用了三个扰流平台。在塔体100的高度方向上，三个扰流平台与三组桨叶交替设置，每个桨叶的上方附近都设置一个扰流平台。可以根据气体分散需求调节桨叶与扰流平台的上下间距，也可以改变扰流平台的径向尺寸。
41.液体喷淋装置400用于喷淋液相物料。液体喷淋装置400包括环喷管410和多个喷头420。环喷管410经由支撑结构连接至传动轴220，例如可以在传动轴220上设置轴承，轴承外侧与支撑件固定连接，支撑件的径向外侧与环喷管410固定连接。轴承应采用偏宽的轴承以确保其连接稳定可靠。多个喷头420均匀设置在环喷管410上。如图1所示，环喷管410应设置在塔体100的中部以确保传质和传热的温度和距离。
42.可选地，在一些实施例中，蒸馏塔还可以包括蒸汽发生装置500。蒸汽发生装置500可以包括蒸汽再沸器和相关的连接管路。蒸汽再沸器安装在塔体外部，来自塔底的蒸汽和/或回流液可以沿着管路进入再沸器，从再沸器抽出的加热后的蒸汽沿着管道升入塔体内。物料在再沸器中被加热以膨胀甚至汽化，密度变小，留下汽化空间，平稳地返回塔中，由于静压差的影响，塔底会不断补充液位的蒸发部分。
43.在进行蒸馏时，通入腔室内的气相和液相在上下运动过程中进行传质和换热，液相中沸点较低的组分在蒸汽加热作用下进入气相，而沸点较高的组分留在液相中。液相物料经过多次传质和热交换后，流至腔室底部，此时，液相中包含的主要是沸点较高的组分，而沸点较低的组分随蒸汽上升，进入蒸汽出口g
p
，然后经冷凝器冷凝收集。
44.在本发明的一些实施例中，蒸馏塔还包括用于封闭驱动机构210以及潜在的变速箱240的密封机构250。如图2所示，密封机构250包括密封箱壳体251、进气管路252、流量调节阀253和压力变送器254。密封箱壳体251设置在塔体外壳顶部，其形成用于容纳驱动机构210以及潜在的变速箱240的封闭空间。密封箱壳体251经由进气管路252与外部气源连接，可以采用氮气等气体。流量调节阀253设置在进气管路252上，其用于调节进气管路252中进入封闭空间内的气体的流量。压力变送器254设置在密封箱壳体251顶部，其用于监测封闭空间顶部压力。压力变送器254向流量调节阀253提供反馈调节信号并维持密封箱顶部压力略高于塔顶压力。通过在塔顶为驱动机构设置机械密封结构，维持顶部密封箱压力略高于塔顶压力，以防机械密封因长时间运行，内部气体外溢发生危险。
45.在本发明的一些实施例中，用作驱动机构的变频电机可采取一开一备的方式。并设置成一台停，另一台自动启动的连锁，以防止单个电机出现故障造成停产。
46.在本发明的一些实施例中，可增加上部回流结构，例如，可以在蒸馏塔外壳上部区域设置回流管路l2，回流管路l2中可通入经冷凝器冷凝后的气体，以调节蒸馏塔腔室上部区域的温度，进而调节顶部气相组分的浓度。若不需要温度调节，则可不设置回流结构，进一步降低建造成本。
47.图3是根据本发明的一个实施例的蒸馏塔的流体分布示意图。如图所示，蒸汽发生装置500的蒸汽再沸器上设有气相入口g1和气相出口go，低温蒸汽可以流回气相入口g1，在蒸汽再沸器中加热后经气相出口go流出。从蒸汽再沸器流出的高温蒸汽可以经由塔体外壳上的气相入口g2流入蒸馏塔腔室内。液相物料经由液相入口l1进入蒸馏塔腔室内，上升的蒸汽与下降的液相物料在桨叶转动作用下接触并进行传质传热，之后液相流至蒸馏塔腔室底部，气相经由蒸馏塔顶部的蒸汽出口g
p
流出。其中蒸馏塔腔室底部可以设置液相出口lo以收集蒸馏后的液相。蒸汽再沸器底部设有放空口eg，蒸馏塔腔室底部设有放空口e
l
，以用于将其内的物料全部排出。
48.本发明的蒸馏塔利用塔顶变频电机驱动变速箱，变速箱带动桨叶在塔体内部旋转，引动塔体内部气流向下流动传质，可以替代传统塔盘的传质效果；变频电机转速调节实
现对理论塔盘数的连续调节；还利用桨叶上方的扰流平台实现对桨叶上方气相组分的扰流分散。此外，在一些实施例中，塔顶变速箱及电机采用密封箱密封，利用压力变送器，与密封箱连接的氮气流量调节器形成负反馈，防止气相组分从机械密封处溢出，发生危险。该蒸馏塔具有理论塔盘数连续可调、结构简单、维护方便、通用性好、建造成本低、塔体高度低等诸多优点。
49.以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
50.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
51.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

技术特征：
1.一种蒸馏塔，其特征在于，包括：塔体，所述塔体包括外壳和位于所述外壳内部的腔室，所述外壳的下部设有蒸汽入口且上部设有蒸汽出口；引流传质装置，所述引流传质装置包括驱动机构、传动轴和桨叶组，其中所述驱动机构驱动所述传动轴转动，所述桨叶组包括设置在所述传动轴上且位于所述塔体的腔室中的至少一组桨叶，所述桨叶组引导所述腔室内的气体向下流动；扰流装置，所述扰流装置对桨叶上方的气相组分进行扰流分散；液体喷淋装置，所述液体喷淋装置设置在所述腔室中上部。2.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其特征在于，所述桨叶组包括分布在所述腔室的上部、中部和下部的三组桨叶。3.根据权利要求2所述的蒸馏塔，其特征在于，所述扰流装置是从所述外壳的内壁径向向内延伸的环状平台。4.根据权利要求3所述的蒸馏塔，其特征在于，所述扰流装置包括三个平台，在所述塔体的高度方向上，三个平台与三组桨叶交替设置且平台位于桨叶上方。5.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其特征在于，所述驱动机构是变频电机。6.根据权利要求5所述的蒸馏塔，其特征在于，所述引流传质装置还包括变速箱，所述变速箱设置在所述变频电机与传动轴之间。7.根据权利要求6所述的蒸馏塔，其特征在于，还包括用于封闭所述驱动机构的密封机构。8.根据权利要求7所述的蒸馏塔，其特征在于，所述密封机构包括密封箱壳体、压力变送器和流量调节阀，所述密封箱壳体形成用于容纳所述驱动机构的封闭空间，所述密封箱壳体经由管路与外部气源连接，所述流量调节阀设置在所述管路上，所述压力变送器监测所述封闭空间顶部压力并向所述流量调节阀提供反馈调节信号并维持密封箱顶部压力略高于塔顶压力。9.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其特征在于，所述桨叶组中每个桨叶的多个叶片一体片型，所述桨叶与所述传动轴以榫卯结构连接。10.根据权利要求1所述的蒸馏塔，其特征在于，所述液体喷淋装置包括环喷管和多个喷头，所述环喷管固定连接至所述传动轴，所述多个喷头均匀设置在所述环喷管上。

技术总结
本发明公开了一种蒸馏塔，包括：塔体，其包括外壳和位于外壳内部的腔室，外壳的下部设有蒸汽入口且上部设有蒸汽出口；引流传质装置，其包括驱动机构、传动轴和桨叶组，其中驱动机构驱动传动轴转动，桨叶组包括设置在传动轴上且位于塔体的腔室中的至少一组桨叶，桨叶组引导腔室内的气体向下流动；扰流装置，其对桨叶上方的气相组分进行扰流分散；液体喷淋装置，其设置在腔室中上部。本发明的蒸馏塔利用驱动机构带动桨叶在塔体内部旋转，引动塔体内部气流向下流动传质，可以替代传统塔盘的传质效果，实现对理论塔盘数的连续调节，其维护方便、通用性好、建造成本低。建造成本低。建造成本低。


技术研发人员：姜万里 干显 胡开峰 袁晓东 周雪峰 邓鹏
受保护的技术使用者：攀钢集团西昌钢钒有限公司
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/7/12