一種外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器及其控制工藝的製作方法

2023-04-26 19:41:11

專利名稱：一種外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器及其控制工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及蒸餾塔的節能技術，屬於化工過程的綜合與設計、能源的有 效利用以及環境的保護等範疇。
背景技術：
雖然一個高壓蒸餾塔的冷凝器與一個低壓蒸餾塔的再沸器之間的熱耦合 是經常使用的一個技術，但外部熱耦合複合蒸餾塔塔器的研究與開發卻至今 無人問津。在理論上早已證明，藉助於高壓蒸餾塔的精餾段與低壓蒸餾塔的 提餾段之間的熱耦合作用可以使得外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器具有非常高
的熱力學效率。英國在2005年提出了一種塔板內部傳熱結構。日本在這一問 題上作過多年的嘗試，從1995年至2007年先後開發了同心圓柱式和多同心 圓柱捆綁式的傳熱結構。雖然後者在日本丸善石化株式會社內應用獲得了成 功，但因為其結構異常複雜，很難在實際過程中加以推廣。歐盟在2005年開 發了一種熱交換屏(Heat transfer panel: HTP)式的傳熱結構，並試圖在石油化 學工業中進行應用。概括地講，以上四種外部熱耦合結構具有下述特點。
1. 塔板內部傳熱結構。雖然概念非常新穎，但卻難以保證足夠的傳熱 面積。
2. HTP式傳熱結構。比塔板內部傳熱結構有著較大的傳熱面積，但仍 然難以滿足分離操作的需要。
3. 同心圓柱式傳熱結構。結構較為簡單，但卻難以保證足夠的傳熱面積。
4. 多同心圓柱捆綁式傳熱結構。雖然比同心圓柱式傳熱結構具有更大 的傳熱面積，但其結構卻非常複雜，不但造價昂貴而且難以在實際過程中 加以推廣。

發明內容
針對外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器難以在化工過程中實現這一問題，本
4發明提供一種新型的外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器，它利用三個外部熱交換 器近似高壓蒸餾塔的精餾段與低壓蒸餾塔的提餾段之間的熱耦合作用，既巧 妙地迴避了外部熱耦合結構難以實現這一問題，又保證了外部熱耦合複合蒸 餾塔的塔器具有很高的熱力學效率。
為達到上述目的，本發明提供了一種外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器， 其特徵在於僅利用三個外部換熱器實現高壓蒸餾塔的精餾段與低壓蒸餾 塔的提餾段之間的外部熱耦合； 所述三個外部換熱器的設置方案為以下三種之一
方案一 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段頂部與低壓蒸餾塔提 餾段的頂部之間的熱量交換； 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段底部 與低壓蒸餾塔的提餾段底部的熱量交換； 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的
精餾段中部和與低壓蒸餾塔的提餾段中部的熱量交換。
方案二利用一個外部換熱器進行精餾段頂部出料與低壓蒸餾塔進料熱
量交換； 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段底部與低壓蒸餾塔的提餾 段底部的熱量交換； 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段中部和與低壓 蒸餾塔的提餾段中部的熱量交換；
方案三利用兩個外部換熱器實現精餾段頂部出料直接加熱低壓蒸餾塔 的提餾段頂部與中部； 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段底部與低壓 蒸餾塔的提餾段底部的熱量交換。
當高壓蒸餾塔的精餾段的塔板數大於低壓蒸餾塔的提餾段的塔板數時， 三個換熱器在高壓蒸餾塔的精餾段整體處於高壓蒸餾塔精餾段的上部，即一 個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段頂部與低壓蒸餾塔的提餾段頂部的熱 量交換。 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段中部與低壓蒸餾塔的提餾 段中部的熱量交換。 一個外部換熱器進行低壓蒸餾塔的提餾段底部與對應塔 板數的高壓蒸餾塔的精餾段進行熱量交換，此時從底部的換熱器在高壓蒸餾 塔的精餾段的位置至精餾段頂部的總塔板數與低壓蒸餾塔整個提餾段的塔板 數相等。
外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器的冷凝器和再沸器的設置方案為以下三種 方案之一
同時省去高壓蒸餾塔塔頂的冷凝器和低壓蒸餾塔塔底的再沸器；或者省去高壓蒸餾塔塔頂的冷凝器與低壓蒸餾塔塔底的再沸器兩者之一；
或者高壓蒸餾塔與低壓蒸餾塔均設置有頂部冷凝器和底部再沸器。
應用所述的外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器的工藝，其特徵在於高壓蒸 餾塔的塔頂與塔底的產品濃度控制採用高低壓蒸餾塔之間的壓差和再沸器負 荷作為操作變量進行控制；當高壓蒸餾塔塔頂產品濃度未達到指標時，增大 壓差使塔頂溫度升高從而提升塔頂產品濃度至要求的指標；當高壓蒸餾塔塔 頂產品濃度超過指標時，減小壓差使塔頂溫度降低從而降低塔頂產品濃度至 要求的指標；當高壓蒸餾塔塔底產品濃度未達到指標時，增加再沸器負荷使 塔內上升蒸汽量增大從而使分離程度提高，則塔底產品濃度增大至要求的指 標；當高壓蒸餾塔塔底產品濃度超過指標時，減小再沸器負荷使塔內上升蒸 汽量減小從而使分離程度下降，則塔底產品濃度減小至要求的指標；低壓蒸 餾塔的塔頂與塔底產品濃度控制採用低壓蒸餾塔的回流量和進料的分流比作 為操作變量；當低壓蒸餾塔塔頂產品濃度未達到指標時，增大回流量使分離 程度提升，則塔頂產品濃度增大至要求的指標；當低壓蒸餾塔塔頂產品濃度 超過指標時，減小回流量使分離程度降低，則塔頂產品濃度減小至要求的指 標；當低壓蒸餾塔塔底產品濃度未達到指標時，增大進料分流比則低壓蒸餾 塔的進料流量減小，而高壓蒸餾塔進料流量增大，則高壓蒸熘塔精餾段向低 壓蒸餾塔提餾段的傳熱增加，從而增大低壓蒸餾塔塔底產品濃度至要求的指 標；當低壓蒸餾塔塔頂產品濃度超過指標時，減小進料分流比則低壓蒸餾塔 進料流量增大，而高壓蒸餾塔進料流量減小，則高壓蒸餾塔精餾段向低壓蒸 餾塔提餾段的傳熱減少，從而減小低壓蒸餾塔塔底產品濃度至要求的指標。
從上述技術方案可以看出，本發明具有以下的有益效果。
(1) 利用本發明，由於迴避了高壓蒸餾塔的精餾段與低壓蒸餾塔的提餾 段之間外部熱耦合難以實現這一問題，大大簡化了外部熱耦合複合蒸餾塔的 塔器設計的複雜性，有利於它的應用和推廣。
(2) 利用本發明，確保了外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器具有較高的熱力 學效率，能夠較好地近似蒸餾塔的平衡操作。
(3) 利用本發明，由於在高壓蒸餾塔的精餾段頂部與低壓蒸餾塔的提餾 段底部均設置有換熱器，因而能夠改善外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器的操作 彈性、動態特性和可控性。


圖1為外部熱耦合複合蒸餾塔塔器的基本結構；
圖中l為高壓蒸餾塔；2為低壓蒸餾塔；3為再沸器；4為冷凝器；5至6 之間的部分為高壓蒸餾塔的精餾段，其中5為高壓蒸餾塔第一塊塔板(即高 壓蒸餾塔精餾段的第一塊塔板)，6為精餾段的最後一塊塔板；精餾段最後一 塊塔板的下一塊為進料板，進料板(Fl)以下的本分為高壓蒸餾塔的提餾段， 7為提餾段的最後一塊塔板(即高壓蒸餾塔最後一塊塔板)；同理，低壓蒸餾 塔進料板(F2)以上為低壓蒸熘塔的精餾段，進料板以下低壓蒸餾塔的提餾 段，8為低壓蒸餾塔的第一塊(即低壓蒸餾塔精餾段第一塊塔板)，9為低壓 蒸餾塔提餾段的第一塊塔板，10為低壓蒸餾塔提餾段的最後一塊塔板(即低 壓蒸餾塔的最後一塊塔板)；圖中s為分流比；ll為熱耦合區域，高壓蒸餾塔 精餾塔與低壓塔提餾段之間進行熱量交換，每一塊對應塔板之間均設置有一 個外部換熱器；圖中熱耦合區域的箭頭所示的方向為熱量傳遞的方向。
圖2為本發明所提供的新型外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器；
圖2所示的塔器在圖1的基礎上，僅對熱耦合區域的換熱器個數進行了 改變，其它一致，即圖1中的熱耦合區域的多個換熱器在圖2中，僅用3個 換熱器來代替頂部換熱器，中部換熱器，和底部換熱器。頂部換熱器兩端 的連接位置為al為高壓蒸餾塔精餾段第一塊塔板處，bl為低壓蒸餾塔提餾 段第一塊塔板處；中部換熱器兩端的連接位置a2為高壓蒸餾塔精餾段的中 部，b2為低壓蒸餾塔提餾段的中部，其具體的位置可以根據具體的分離要求 進行上下移動；底部換熱器兩端的連接位置a3為高壓蒸餾塔精餾段的最後 一塊塔板處，b3為低壓蒸餾塔提餾段的最後一塊塔板處。熱耦合區域的箭頭 表示熱量從高壓蒸餾塔的精餾段傳遞到低壓蒸餾塔的提餾段。
圖3為本發明所提供的新型外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器；
圖中左側仍為高壓精熘塔，右側為低壓蒸餾塔，3所示的結構將高壓蒸餾 塔的塔殼內部精餾段和提餾段分成兩個部分，即圖中l， 2所示；兩個部分之 間通過管道連接，圖中3為連接管道，該管道可以使熱耦合時側線採出至換 熱器交換熱量並回流變得更容易操作。此外，頂部出料分別用於低壓蒸餾塔
提餾段頂部及中部的加熱。具體的3個外部換熱器的連接位置為頂部換熱
器的al連接在高壓蒸餾塔塔頂出料處，bl連接在低壓蒸餾塔提餾段第一塊塔
7板處；中部換熱器的a2連接在高壓蒸餾塔塔頂出料處，b2連接在低壓蒸餾塔 的中部；底部換熱器的a3連接在高壓蒸餾塔的連接管道處(即圖中3所示的 位置)，b3連接在低壓蒸餾塔提留段的最後一塊塔板處。圖中熱耦合區域的箭 頭表示熱量傳遞的方向。
圖4為分離乙烯/乙烷常規的蒸餾塔的塔器； 圖5為分離乙烯/乙垸普通的外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器； 圖6為本發明實施後所得到的分離乙烯/乙烷新型的外部熱耦合複合蒸餾 塔器的塔器；
圖7為本發明所提供的外部熱耦合複合蒸餾塔塔器的基本控制方案； 圖8為分離苯/甲苯的常規蒸餾塔的塔器； 圖9為分離苯/甲苯的普通外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器； 圖10為本發明實施後所得到的分離苯/甲苯新型的外部熱耦合複合蒸餾 塔的塔器。
具體實施例方式
本發明的一個中心思想是提供一種新穎且實用的外部熱耦合複合蒸餾塔 的塔器。它是由一個高壓蒸餾塔的精餾段與一個低壓蒸餾塔的提餾段經熱耦 合而成的。外部熱耦合作用可以利用三個熱交換器近似。 一個外部換熱器進 行高壓蒸餾塔的精餾段頂部和與低壓蒸餾塔的提餾段頂部的熱量交換，以此 實現高壓蒸餾塔的無外部回流操作。 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾 段底部和與低壓蒸餾塔的提餾段底部的熱量交換，藉以實現低壓蒸餾塔的無 外部回熱操作。 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段中部和與低壓蒸餾 塔的提餾段中部的熱量交換，藉以實現精餾段與提餾段之間的外部熱耦合作 用。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清晰明白，以下結合兩個具體 實施例子，並參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
例1:利用新型的外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器分離乙烯/乙烷二元混合
物。將一個摩爾組成為83/17的乙烯/乙垸二元混合物分離成99.5 mol。/。和99.9 mol。/。的乙烯和乙垸兩股物料。進料流量F為988.034 kmol/h，經分流後分別 進入高壓蒸餾塔和低壓蒸餾塔，分流比為s。並與常規蒸餾塔進行比較。
圖4為分離乙烯/乙烷的常規蒸餾塔塔器，塔的總塔板數為93，塔高68.028m，塔徑2.253m。進料流量F=988.034 kmol/h,進料位置為第58塊塔板， 即圖中1所示的位置。常規蒸餾塔塔頂壓力為1840 kPa，經分離後，塔頂出 料為乙烯，產品的液相摩爾濃度為99.5%，頂部出料的流量為824.042kmol/h; 底部出料為乙垸，產品的液相摩爾濃度為99.9%，底部出料流量為 163.992kmol/h。當達到了產品分離濃度要求時，冷凝器(圖中位置2)負荷為 8191.93kW，再沸器負荷(圖中位置3)為5567.47kW。常規蒸餾塔設備費 用為2.10904xl06$，操作費用為3.27406xl06$， TAC (年均總投資)為 3.97708xl06$。
圖5本發明提供的分離乙烯/乙垸的普通外部熱耦合複合蒸餾塔塔器。兩 個塔的塔板數不同，高壓蒸餾塔為105塊塔板，塔高76.8m，塔徑為1.456m， 進料位置為第70塊塔板處；低壓蒸餾塔為90塊塔板，塔高65.8m，塔徑為 1.907m，進料位置為低壓蒸餾塔的第58塊塔板處。
混合物乙烯/乙烷，進料流量F為98S.034kmol/h,經分流後， Fl=405.412kmol/h， F2=582.622kmol/h，分別到達兩塔的進料板，對精餾塔而 言，進料板以上為該塔的精餾段，進料板以下為該塔的提餾段。由於高壓塔 的精餾段有69塊塔板，而低壓塔蒸餾塔的提餾段僅有32塊塔板，此時高壓 蒸餾塔精餾段塔板數大於提餾段的塔板數，因此可採用上對齊型的耦合方式， 即高壓蒸餾塔精餾段第1~32塊塔板與低壓蒸餾塔的整個提餾段進行熱量交 換，熱耦合區域(圖中l所表示的區域)共有32個外部換熱器，換熱器面積 分別置於對應塔板之間，其換熱面積為6m2。此時換熱器整體位於高壓塔精餾 段的上部。高壓蒸餾塔塔頂壓力為1949.32kPa，低壓蒸餾塔塔塔頂壓力 600kPa。經過分離後高壓蒸餾塔塔頂出料為338.123kmol/h，乙烯的濃度為 0.995，塔底出料為67.289kmol/h，乙烷的濃度為0.999;低壓蒸餾塔的塔頂出 料為485.919kmol/h，乙烯濃度為0.995，塔底出料為96.703kmol/h,乙烷濃度 為0.999;產品濃度均符合分離要求。低壓蒸餾塔塔頂冷凝器回流比為1.87581， 冷凝器負荷為4586.04kW，高壓蒸餾塔塔底再沸器負荷為2399.09kW,與常規 塔相比，分別節省了 44.24%、 56.91%。操作費用為2.4343xl06$，設備費用為 3.30122xl06$。
圖6本發明實施後所得到的分離乙烯/乙烷的新型外部熱耦合複合蒸餾塔 塔器的設計。該結構即在圖5所示的基礎上，將熱耦合區域32個換熱器僅用3個換熱器來代替，其換熱面積為75m2。其它的塔板數，進料位置均保持不 變，即高壓蒸餾塔為105塊塔板，塔高76.8m，塔徑變為1.497m，進料位置 為第70塊塔板處；低壓蒸餾塔為90塊塔板，塔高65.8m，塔徑變為1.921m， 進料位置為低壓蒸餾塔第58塊塔板處。
這3個換熱器的兩端連接的位置頂部換熱器的兩端連接處al為高壓蒸 餾塔精餾段第一塊塔板處，bl為低壓蒸餾塔提餾段第1塊(即低壓蒸餾塔第 59塊)塔板處；中間換熱器兩端連接處a2為高壓蒸餾塔精餾段第2塊塔板處， b2為低壓蒸餾塔第72塊(即低壓蒸鎦塔提餾段第14塊)塔板處；底部換熱 器兩端連接處a3為高壓蒸餾塔提餾段第32塊塔板處，b3為低壓蒸餾塔提餾 段最後一塊(即低壓塔第90塊)塔板處。熱耦合區域中的箭頭表示高壓蒸餾 塔的精餾段向低壓蒸餾塔的提餾段傳遞熱量。
混合物乙烯/乙烷，進料流量F為988.034kmol/h，經過分流後變成2股進 料，分流比變為0.433984，則得到Fl-405.421 kmol/h， F2=582.622 kmol/h， 高壓蒸餾塔塔頂壓力為1939.1 kPa，低壓蒸餾塔塔塔頂壓力600 kPa。經過分 離後高壓蒸餾塔塔頂出料為338.123 kmol/h，乙烯的濃度為0.995，塔底出料 為67.289 kmol/h，乙烷的濃度為0.999;低壓蒸餾塔的塔頂出料為485.919 kmol/h，乙烯濃度為0.995，塔底出料為96.703 kmol/h，乙烷濃度為0.999; 產品濃度均符合分離要求。低壓蒸餾塔塔頂冷凝器的回流比為2.03898，冷凝 器負荷為4633.5 kW，高壓蒸餾塔塔底的再沸器負荷為2533.7 kW,其負荷與 常規塔相比，分別節省了 43.44%和55.91%。
通過與常規精餾塔的比較，可見新型外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器能夠顯 著降低分離操作的能耗。在投資方面，新型外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器-設備費用為2.8834xl06$，操作費用為2.46958xl06$， TAC為3.43071 xl06$， 比常規精餾塔以及圖4所示的多換熱器結構的TAC都要低。可見新型外部熱 耦合複合蒸餾塔塔器雖然相比於常規蒸餾塔增加了一定的設備投資，但是由 於其節省了能耗，顯著降低了操作費用，所以總體上節省了投資，並且所增 加的那部分設備投資回收時間僅需0.96年，即351天的時間。
圖7為本發明所提供的外部熱耦合複合蒸餾塔塔器的基本控制方案。 圖中，1為高壓蒸餾塔；2為低壓蒸餾塔；3為低壓蒸餾塔塔頂的冷凝器；4為回流罐；5為高壓蒸餾塔塔底的再沸器；6所示的虛線部分為熱耦合區域， 熱耦合區域的箭頭為熱量傳遞的方向。圖中，CC為濃度控制器，CT為濃度
檢測；LT為液位檢測，LC為液位控制器；
例2:利用新型的外部熱耦合複合蒸餾塔塔器分離苯/甲苯的二元混合物。
將一個等摩爾組成的苯和甲苯二元混合物分離成99.5 molM的苯和甲苯兩股 物料，進料流量為500kmol/h。
圖8為分離苯/甲苯的常規蒸餾塔，該塔有40塊塔板，塔高29.26m，塔 徑1.994m，進料位置為第20塊塔板，進料板以上為精餾段，進料板以下為提 餾段。進料流量F為500 kmol/h，經分離後塔頂出料為250kmol/h，苯的濃度 為0.995，塔底出料為250kmol/h，甲苯的濃度為0.995，達到了產品分離的要 求。此時，塔頂冷凝器的回流比為1.42414，冷凝器負荷為5050.69 kW，塔底 再沸器的負荷為5050.69 kW。操作費用為1.4472xl06$，設備費用為 1.21797><106$， TAC為1.85319x106$。
圖9本發明提供的分離苯/甲苯的普通外部熱耦合蒸餾塔塔器，兩塔的塔 板數均為34塊，塔高均為24.87m，塔徑分別為1.3m (高壓蒸餾塔)、1.256m (低壓蒸餾塔)。左側高壓蒸餾塔的進料位置為第18塊塔板，右側低壓蒸餾 塔的進料位置為其第17塊塔板。因此熱耦合區域(圖中1所示的區域)為高 壓蒸餾塔的精餾段(即第1~17塊塔板)和低壓蒸餾塔的提餾段(即低壓蒸餾 塔的第18塊 34塊塔板)，共耦合了17塊塔板，因而設有17個外部換熱器， 每個換熱器的換熱面積為6m2。
混合物苯/甲苯，進料F=500 kmol/h，經分流後，Fl=293.602 kmol/h， F2=206.398 kmol/h，其分流比為0.587204。高壓蒸餾塔塔頂壓力為493.116 kPa，低壓蒸餾塔塔塔頂壓力為101.3 kPa。高壓蒸餾塔塔頂出料為146.829 kmol/h，苯的濃度為0.995，塔底出料為146.773 kmol/h，甲苯濃度為0.995; 低壓蒸餾塔塔頂出料為103.193 kmol/h，苯的濃度為0.995，塔底出料為103.206 kmol/h，甲苯濃度為0.995，均達到了產品分離的要求。低壓蒸餾塔塔頂冷凝 器回流比為1.71613，冷凝器負荷為1223.67kW，高壓蒸餾塔塔底再沸器負荷 為3559.55 kW，相比於常規塔分別節省75.78%、 29.52%。操作費用為 1.01833xl06$，設備費用為1.40947xl06$， TAC為1.48816x106$。節省能耗的同時TAC比常規蒸餾塔要低。
圖10本發明實施後得到的分離苯/甲苯的新型外部熱耦合複合蒸餾塔塔
器的設計。同樣是在圖9所示的結構基礎上，用3個外部換熱器代替圖8中 熱耦合區域的17個外部換熱器，此時每個換熱器的換熱面積為35m2。其它的 設置不變，即兩塔的塔板數均為34塊，塔高均為24.87m，但是塔徑分別變為 1.331m (高壓蒸餾塔)、1.391m (低壓蒸餾塔)。左側高壓蒸餾塔的進料位置 為第18塊塔板，右側低壓蒸餾塔的進料位置為其第17塊塔板。
混合物苯/甲苯，進料F=500kmol/h，經分流後，Fl=294.095 kmol/h， F2-205.905 kmol/h，其分流比為0.58819。高壓蒸餾塔塔頂壓力為475.39kPa， 低壓蒸餾塔塔塔頂壓力為101.3kPa。高壓蒸餾塔塔頂出料為147.166kmol/h， 苯的濃度為0.995，塔底出料為146.929 kmol/h，甲苯濃度為0.995;低壓蒸餾 塔塔頂出料102.911為kmol/h，苯的濃度為0.995，塔底出料為102.994 kmol/h， 甲苯濃度為0.995，均達到了產品分離的要求。低壓蒸餾塔塔頂冷凝器回流比 為1.86444，冷凝器負荷為1226.48 kW，高壓蒸餾塔塔底再沸器負荷為3683 kW，相比於常規塔分別節省了 75.72%和27.082%。操作費用為1.05368xl06$， 設備費用為1.22574xl06$， TAC為1.47226xl06$。節省能耗的同時，其TAC 比常規塔和圖8所示結構的TAC都要小。可見外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器 相比於常規蒸餾塔顯著降低了操作費用，而增加的設備費用很少，所以總體 上節省了投資，並且所增加的設備投資回收時間很短，為8天左右。
通過以上所述的兩個具體實施例子，對本發明的目的、技術方案和有益 效果作了進一步說明。應當指出的是，以上所述僅為本發明的具體實施例子 而己，它們並不用於限制本發明。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任 何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器，其特徵在於利用僅三個外部換熱器實現高壓蒸餾塔的精餾段與低壓蒸餾塔的提餾段之間的外部熱耦合；所述三個外部換熱器的設置方案為以下三種之一方案一一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段頂部與低壓蒸餾塔提餾段的頂部之間的熱量交換；一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段底部與低壓蒸餾塔的提餾段底部的熱量交換；一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段中部和與低壓蒸餾塔的提餾段中部的熱量交換；方案二利用一個外部換熱器進行精餾段頂部出料與低壓蒸餾塔進料熱量交換；一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段底部與低壓蒸餾塔的提餾段底部的熱量交換；一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段中部和與低壓蒸餾塔的提餾段中部的熱量交換；方案三利用兩個外部換熱器實現精餾段頂部出料直接加熱低壓蒸餾塔提餾段頂部與中部；一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段底部與低壓蒸餾塔的提餾段底部的熱量交換。
2. 根據權利要求1所述的外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器，其特徵在於當高壓蒸餾塔的精餾段的塔板數大於低壓蒸餾塔的提餾段的塔板數時， 三個換熱器在高壓蒸餾塔的精餾段整體處於高壓蒸餾塔精餾段的上部，即一 個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段頂部與低壓蒸餾塔的提餾段頂部的熱 量交換； 一個外部換熱器進行高壓蒸餾塔的精餾段中部與低壓蒸餾塔的提餾 段中部的熱量交換； 一個外部換熱器進行低壓蒸餾塔的提餾段底部與對應塔 板數的高壓蒸餾塔的精餾段進行熱量交換，此時從底部的換熱器在高壓蒸餾 塔的精餾段的位置至精餾段頂部的總塔板數與低壓蒸餾塔整個提餾段的塔板 數相等。
3. 根據權利要求1所述的外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器，其特徵在於-外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器的冷凝器和再沸器的設置方案為以下三種方案 之一同時省去高壓蒸餾塔塔頂的冷凝器和低壓蒸餾塔塔底的再沸器；或者省去高壓蒸餾塔塔頂冷凝器與低壓蒸餾塔塔底再沸器兩者之一；或者高壓蒸餾塔與低壓蒸餾塔均設置有頂部冷凝器和底部再沸器。
4.應用所述的外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器的工藝，其特徵在於高壓 蒸餾塔的塔頂與塔底的產品濃度控制採用高低壓蒸餾塔之間的壓差和再沸器 負荷作為操作變量進行控制；當高壓蒸餾塔塔頂產品濃度未達到指標時，增 大壓差使塔頂溫度升高從而提升塔頂產品濃度至要求的指標；當高壓蒸餾塔 塔頂產品濃度超過指標時，減小壓差使塔頂溫度降低從而降低塔頂產品濃度 至要求的指標；當高壓蒸餾塔塔底產品濃度未達到指標時，增加再沸器負荷使塔內上升蒸汽量增大從而使分離程度提高，則塔底產品濃度增大至要求的指標；當高壓蒸餾塔塔底產品濃度超過指標時，減小再沸器負荷使塔內上升 蒸汽量減小從而使分離程度下降，則塔底產品濃度減小至要求的指標；低壓 蒸餾塔的塔頂與塔底產品濃度控制採用低壓蒸餾塔的回流量和進料的分流比 作為操作變量；當低壓蒸餾塔塔頂產品濃度未達到指標時，增大回流量使分 離程度提升，則塔頂產品濃度增大至要求的指標；當低壓蒸餾塔塔頂產品濃 度超過指標時，減小回流量使分離程度降低，則塔頂產品濃度減小至要求的 指標；當低壓蒸餾塔塔底產品濃度未達到指標時，增大進料分流比則低壓蒸 餾塔的進料流量減小，而高壓蒸餾塔進料流量增大，則高壓蒸餾塔精餾段向 低壓蒸餾塔提餾段的傳熱增加，從而增大低壓蒸餾塔塔底產品濃度至要求的 指標；當低壓蒸餾塔塔頂產品濃度超過指標時，減小進料分流比則低壓蒸餾 塔進料流量增大，而高壓蒸餾塔進料流量減小，則高壓蒸餾塔精餾段向低壓 蒸餾塔提餾段的傳熱減少，從而減小低壓蒸餾塔塔底產品濃度至要求的指標。
全文摘要
本發明涉及蒸餾塔的節能技術，具體為一種外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器及其控制工藝，應用於化工過程的綜合與設計、能源的有效利用以及環境的保護等範疇。針對外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器難以在化工過程中實現這一問題，本發明提供一種新型的外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器，它利用三個外部熱交換器近似高壓蒸餾塔的精餾段與低壓蒸餾塔的提餾段之間的熱耦合作用，既巧妙地迴避了外部熱耦合結構難以實現這一問題，又保證了外部熱耦合複合蒸餾塔的塔器具有很高的熱力學效率。
文檔編號B01D3/00GK101559288SQ200910084908
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月27日 優先權日2009年5月27日
發明者張星星, 武國松, 芸 王, 王韶鋒, 陳海勝, 黃克謹 申請人:北京化工大學