专利名称：液相级联的精馏塔的制作方法
技术领域：
本发明属于同位素分离、精馏设备技术领域，具体涉及一种液相级联的 精馏塔。
背景技术：
在由天然水分离氧十八水的工艺中，需要采用液相级联的精馏塔，所谓 的液相级联就是将后一级精馏塔的塔顶的料液返回至前一级精馏塔的塔釜 中，同时将前一级精馏塔的塔釜中的料液输送至后一级精馏塔的塔顶。而在 采用已有技术中的普通精馏塔实施液相级联分离氧十八水的过程中，往往出 现料液返混现象，即出现两相在精馏塔的塔釜中混合，更进一步地讲，由后 一级精馏塔的冷凝器的冷凝液引出管引入到前一级精馏塔的塔釜中的液体与 前一级精熘塔下落的液体产生混合，使后一级塔顶的料液浓度降低，影响分 离效率。因为，前一级精馏塔的返回液的浓度是与后一级精馏塔的塔顶的气 相浓度相同的，而流入后一级精馏塔的经前一级精馏塔冷凝的液体实际类似 于相平衡的液相浓度，因此这两者的浓度是不一样的，在一般的即常规的化 工产品精馏过程中往往会忽视这种情形，但是在同位素分离精馏过程中，精 馏塔的塔顶液体浓度的变化会直接影响精馏塔的分离效率。此外，在精馏塔 的使用过程中，尤其是对含水混合物分离时，往往会采用表面氧化处理的填 料，以增加亲水性。然而，这种填料在使用过程中往往会表现出填料表面剥 脱，从而造成污染和堵塞填料。鉴于上述问题，有必要对液相级联的精馏塔 进行改良，藉以避免精馏塔在精馏过程中的液体返混现象和防止填料表面脱 落物造成对填料的污染、堵塞。
发明内容
本发明的任务是要提供一种能有效地避免液体返混和防止塔内填料因表 面脱落而造成污染乃至堵塞填料层的液相级联的精馏塔。
本发明的任务是这样来完成的， 一种液相级联的精馏塔，它包括一组塔体，塔体包括塔底再沸器，特点是在塔体的下方并且在对应于所述的塔底 再沸器的上部设置有一用于收集塔内液体并且将所收集的塔内液体借助于循 环装置弓I出到后一级精馏塔塔顶中去的塔釜集液装置。
在本发明的一个具体的实施例中，所述的塔釜集液装置包括末级塔节、 集液堰、后一级塔管路接口、 一组支架和一组集液板以及一组固定杆，末级 塔节的上部与塔体的下部固定，而末级塔节的下部与所述的塔底再沸器的上 部固定，集液堰设置在末级塔节的容腔中，将末级塔节的容腔分隔成气相腔 和液相腔，并且在所述的集液堰的上部构成有一集液槽，所述的液相腔与延 设在末级塔节侧部的过渡管相通，过渡管与所述的循环装置联结，后一级塔 管路接口的一端伸展到所述的气相腔中，另一端伸展到所述的末级塔节外与 后一级塔体的冷凝液引出管联结， 一组支架以间隔状态地联结在一组固定杆 上并且还与所述的末级塔节的内壁固定，在一组支架上各间隔开设有位置彼 此对应的集液板嵌槽， 一组集液板彼此相配合并且插嵌在所述的集液板嵌槽 内，各枚集液板之间形成有用于供蒸汽流通的蒸汽通道，蒸汽通道与塔体的 内腔相通。
在本发明的另一个具体的实施例中，所述的集液板的长度方向的底部构 成有导液槽。
在本发明的又一个具体的实施例中，所述的导液槽的横截面形状为U形。 在本发明的再一个具体的实施例中，所述的集液板是倾斜状态地插嵌在
所述的支架上的集液板嵌槽上的，倾斜的方向朝向所述的液相腔。
在本发明的还一个具体的实施例中，所述的倾斜的倾斜角度为10 20° 。 在本发明的更而一个具体的实施例中，所述的倾斜的倾斜角度为15° 。 在本发明的进而一个具体的实施例中，所述的末级塔节的内壁的上部对
应两侧各延设接有至少一对第一固定耳，而所述的一组支架中的位置处于固
定杆的对应两端的支架上同样地各延设有数量与第一固定耳相等的第二固定
耳，第一、第二固定耳彼此固定。
在本发明的又更而一个具体的实施例中，所述的循环装置包括电机、循环泵和第一进液管，电机与循环泵相配合，第一进液管的一端与所述的过渡 管联结，另一端与所述循环泵的进液口联结，而循环泵的出液口上联结出液 管的一端，出液管的另一端与后一级精馏塔的塔体的第一塔顶冷凝器的塔顶 冷凝器进液管联结，其中，在所述的第一进液管的管路上设有第一阀，在第 一进液管与出液管相联结的管路上设有第二阀，并且在出液管上设有压力表。在本发明的又进而一个具体的实施例中，所述的塔顶冷凝器进液管与所 述的出液管相联结的一端的管路上设有视镜和第三阀。本发明所推荐的技术方案由于在精馏塔的塔体的下方与塔底再沸器之 间增设了塔釜集液装置，从而能使来自于后一级精馏塔的塔顶液体在引入到 前一级精馏塔的塔釜后与前一级精馏塔中流落的液体分开，避免两股料液即 两相的返混，因此能提高分离效率；可防止来自于填料的污染物从前一级精 馏塔输送到后一级精馏塔中造成对后一级精馏塔中的填料层污染、堵塞。
图1为本发明液相级联的精馏塔的示意图。 图2为本发明的塔釜集液装置的一个具体的实施例结构图。
具体实施方式
请见图1，给出了用于同位素分离、精馏的数量不受图示限制的液相级联 精馏塔，这里所讲的同位素分离、精馏所针对的对象是指分离氧十八水。如 业界所知之理，自然界中氢有两种稳定同位素， 一为H (氕)，二为2H (気)；氧有三种稳定的同位素， 一为16o (氧十六)、二为17o (氧十七)、三为18o(氧十八)。由两氢一氧构成的水就有9种稳定的同位素分子，它们以不同比 例存在于天然水中。由氢的重同位素211构成的水叫重水；而由氧的重同位素 180构成的水叫氧十八水。天然水中氧-18的丰度仅为0.2%,由于同位素分子 差别极小，分离非常困难，利用精馏方式分离时往往需要众多的理论板数方 能将同位素产品纯化精制。而目前公认为精馏塔的理想板数为《12块/m，因 此按照分离氧十八水的工艺，至少需要2500块左右的理论板数方能将氧同位 数浓缩到原子百分比98%以上。而按照2500块理论板数建造一个精馏塔的高度至少在200米，因此是不现实的，这就需要将多个精馏塔实施液相级联， 所谓的液相级联是指将后一级精馏塔塔顶的料液返回至前一级精馏塔的塔釜 中，同时将前一级精馏塔的塔釜中的料液输送到后一级精馏塔的塔顶，然而 在该过程中经常会出现料液的返混现象，即两相在塔釜中混合，使后一级精 馏塔的塔顶的料液浓度发生改变，降低分离效率。鉴于上述，本发明人便在各个液相级联的精馏塔的塔体1的下方并且对 应于塔底再沸器ll的上部安装有一塔釜集液装置2，以便由该塔釜集液装置 2将后一级精馏塔的液体与前一级精馏塔的塔釜中的料液明确区隔(区分)， 避免两股料液的返混即相互混合。众所周知，后一级精馏塔的塔顶料液的氧 十八浓度会低于前一级精馏塔输送过去的塔釜中的料液浓度，而同位素分离 所采用的多个精馏塔的液相级联对气液相的流量以及浓度要求都必须非常精 密， 一些微小的变化将会影响到分离效果，而避免返混能够提高系统的分离 性能，增加分离效率；塔釜集液装置2还有助于减小精馏塔在工作过程中的 液体的波动，改善精馏过程的稳定性。因为气液两相中任何一项流量的变化 将会显著降低分离性能，因此塔釜集液装置2可起到缓冲作用，改善分离性 能；塔釜集液装置2的设置还可避免污染物从前一级精馏塔输送到后一级精 馏塔。因为在同位素分离过程中，其分离系数会受到杂质含量的影响，通过 塔釜集液装置2可将杂质截留在前一级的塔底再沸器11中而可减少对精馏塔 的污染，增加分离过程的稳定性。请见图2，作为一种具体的实施方式，给出了优选而非绝对限于的塔釜集 液装置2的具体结构。作为塔釜集液装置2的末级塔节21，其上部构成有一 第一法兰边212，用螺栓穿入第一法兰边212上的第一螺栓孔2121与图1所 示的塔体l的下部固定；末级塔节21的下部构成有一第二法兰边213，用螺 栓穿入第二法兰边213上的第二螺栓孔2131与图中所示的塔底再沸器11上 的法兰边固定。在末级塔节21的下侧部延接有一过渡管211，该过渡管211 与下面还要描述的并且示意在图1中的循环装置12联结。在末级塔节21的 容腔中设有一集液堰22，由该集液堰22将末级塔节21的容腔区隔为气相腔221和液相腔222,其中气相腔221与塔底再沸器11相通，而液相腔222 与前述的过渡管211相通。在气相腔221中探入有后一级塔管路接口 23的一 端，而后一级塔管路接口 23的另一端伸展到末级塔节21的壁体外与由图1 所示的后一级精馏塔的塔体1的冷凝液引出管13联结，由冷凝液引出管13 将塔顶冷却器15中的冷凝液经后一级塔管路接口 23引入气相腔221，进而进 入塔底再沸器11再沸，形成蒸汽后从气相腔221上行直至进入精馏塔的塔顶 即进入塔体1的塔顶。在末级塔节21的内壁的上部对应两侧各延设有一对第 一固定耳214。 一组支架24彼此以间隔方式固定在至少一对固定杆26上，每 枚支架24上构成有间隔分布的收集板嵌槽241，并且固定杆26上的位于对应 两外侧的支架24上各延设有一对第二固定耳242,该对第二固定耳242与第 一固定耳214固定。 一组集液板25插嵌在收集板嵌槽241上，并且在集液板 25的长度方向的底部构成有横截面形状优选为U形的导液槽252，相邻集液 板25之间构成有蒸汽通道251 。前面已经提出的由塔底再沸器11再沸形成的 蒸汽在从气相腔221上行时必须经过蒸汽通道251才能进入到精馏塔的塔顶。 可见， 一组集液板25具有双重功能，所谓的双重功能是指 一可截留塔体l 内的液体或称本塔内的液体，二可供再沸后的蒸汽通过，而所截留的液体进 入液相腔222中。此外， 一组集液板25朝向液相腔222倾斜，倾斜的角度优 选为10 20° ，较好地为12 18° ，最好为15° ，本实施例选择15° ，该 角度能恰到好处地将液体从导液槽252导入液相腔222中。仍请见图2并且结合图1，由集液板25引入到液相腔222中的液体经与 循环装置12 (图1所示)相联结的过渡管211引出。循环装置12包括彼此相 配合的电机123和循环泵122以及第一进液管121，第一进液管121的一端与 过渡管211配接，而第一进液管121的另一端与循环泵122的进液口联结， 循环泵122的出液口上联结出液管124的一端，出液管124的另一端与后一 级精馏塔的第一塔顶冷凝器14的塔顶冷凝器进液管141的一端联结，塔顶冷 凝器进液管141的另一端与塔顶冷凝器14的进液接口联接。在塔顶冷凝器进 液管141与出液管124相联结的部位依次设有视镜1411和第三阀1412。在第一进液管121的管路上设有第一阀1211，在联结第一进液管121与出液管124 的管路上设有第二阀1212,在出液管124上设有压力表1241。其中第二阀1212 起过流调节作用，使出自出液管124中的过量的液体返回到第一进液管121， 过流量的把握是通过压力表1241确定。当循环泵122停止工作时可通过关闭 第一阀1211切断液体流道。申请人简述本发明的工作原理。图1中所示意的左边的一个精馏塔的塔 体1内向下流落的液体由图2所示集液板25收集并且导入到液相腔222中， 以及由集液槽223引入到液相腔222中，在循环装置12的工作下，并且在开 启第一、第二、第三阀1211、 1212、 1412的情况下，液相腔222中的液体经 出液管211、第一进液管121、出液管124和塔顶冷凝器进液管141进入到后 一级精馏塔的塔体1的第一塔顶冷凝器14冷凝后进入液体储罐16，进入液体 储罐16中的大部分液体经第二进液管162进入后一级精馏塔的塔顶即图1中 所示的三个精馏塔的塔体1的中间的一个塔体1的塔顶，而后一级精馏塔的 塔体1内的气体经塔顶气相管17进入第二塔顶冷凝器15冷凝，冷凝后的液 体经冷凝液引出管13、后一级塔管路接口23 (图2示)引入气相腔221直至 进入前一级即左边的一个精馏塔的塔体l的塔底再沸器ll加热、汽化；液体 储罐16中的一小部分或称小部分液体经溢流管161进入冷凝液引出管13，由 冷凝液引出管13经后一级塔管路接口 23回入气相腔221，直到进入前一级即 左边的一个精馏塔的塔体1的塔底再沸器11加热。前面所提到的由后一级精 馏塔的塔体1的冷凝液引出管13引入到前一级精馏塔的塔体1的塔底再沸器 11中的液体经塔底再沸器11加热汽化后蒸汽便从由图1清楚揭示的集液板 25上的蒸汽通道上升至塔顶。而前一级精馏塔的塔体l中向下流落的液体经 集液板25引入液相腔。由上述描述可知，本发明的技术方案能使后一级精馏塔的液体在引入前 一级精馏塔后，不会与前一级精馏塔的塔体1中向下流落的液体相互混合， 这是因为塔釜集液装置2的集液板25担当着通气不通液的作用。
权利要求
1、一种液相级联的精馏塔，它包括一组塔体(1)，塔体(1)包括塔底再沸器(11)，其特征在于在塔体(1)的下方并且在对应于所述的塔底再沸器(11)的上部设置有一用于收集塔内液体并且将所收集的塔内液体借助于循环装置(12)引出到后一级精馏塔塔顶中去的塔釜集液装置(2)。
2、 根据权利要求1所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的塔釜 集液装置(2)包括末级塔节(21)、集液堰(22)、后一级塔管路接口(23)、 一组支 架(24)和一组集液板(25)以及一组固定杆(26)，末级塔节(21)的上部与塔体(1) 的下部固定，而末级塔节(21)的下部与所述的塔底再沸器(11)的上部固定，集 液堰(22)设置在末级塔节(21)的容腔中，将末级塔节(21)的容腔分隔成气相腔 (221)和液相腔(222)，并且在所述的集液堰(22)的上部构成有一集液槽(223)， 所述的液相腔(222)与延设在末级塔节(21)侧部的过渡管(211)相通，过渡管 (2U)与所述的循环装置(12)联结，后一级塔管路接口(23)的一端伸展到所述 的气相腔(221)中，另一端伸展到所述的末级塔节(21)外与后一级塔体(1)的冷 凝液引出管(13)联结， 一组支架(24)以间隔状态地联结在一组固定杆(26)上并 且还与所述的末级塔节(21)的内壁固定，在一组支架(24)上各间隔开设有位置 彼此对应的集液板嵌槽(241)， 一组集液板(25)彼此相配合并且插嵌在所述的 集液板嵌槽(241)内，各枚集液板(25)之间形成有用于供蒸汽流通的蒸汽通道 (251)，蒸汽通道(251)与塔体(1)的内腔相通。
3、 根据权利要求2所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的集液 板(25)的长度方向的底部构成有导液槽(252)。
4、 根据权利要求3所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的导液 槽(252)的横截面形状为U形。
5、 根据权利要求2所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的集液 板(25)是倾斜状态地插嵌在所述的支架(24)上的集液板嵌槽(241)上的，倾斜的方向朝向所述的液相腔(222)。
6、 根据权利要求5所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的倾斜 的倾斜角度为10 20。。
7、 根据权利要求6所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的倾斜 的倾斜角度为15° 。
8、 根据权利要求2所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的末级 塔节(21)的内壁的上部对应两侧各延设接有至少一对第一固定耳(214)，而所 述的一组支架(24)中的位置处于固定杆(26)的对应两端的支架(24)上同样地 各延设有数量与第一固定耳(214)相等的第二固定耳(242)，第一、第二固定耳 (214、 242)彼此固定。
9、 根据权利要求1所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的循环 装置(12)包括电机(123)、循环泵(122)和第一进液管(121)，电机(123)与循环泵 (122)相配合，第一进液管(121)的一端与所述的过渡管(211)联结，另一端与 所述循环泵(122)的进液口联结，而循环泵(122)的出液口上联结出液管(124) 的一端，出液管(124)的另一端与后一级精馏塔的塔体(1)的第一塔顶冷凝器 (14)的塔顶冷凝器进液管(141)联结，其中，在所述的第一进液管(121)的管路 上设有第一阀(1211),在第一进液管(121)与出液管(124)相联结的管路上设有 第二阀(1212)，并且在出液管(124)上设有压力表(1241)。
10、 根据权利要求9所述的液相级联的精馏塔，其特征在于所述的塔顶 冷凝器进液管(141)与所述的出液管(124)相联结的一端的管路上设有视镜 (1411)和第三阀(1412)。
全文摘要
一种液相级联的精馏塔，属于同位素分离、精馏设备技术领域。它包括一组塔体，塔体包括塔底再沸器，特点是在塔体的下方并且在对应于所述的塔底再沸器的上部设置有一用于收集塔内液体并且将所收集的塔内液体借助于循环装置引出到后一级精馏塔塔顶中去的塔釜集液装置。优点由于在精馏塔的塔体的下方与塔底再沸器之间增设了塔釜集液装置，从而能使来自于后一级精馏塔的塔顶液体在引入到前一级精馏塔的塔釜后与前一级精馏塔中流落的液体分开，避免两股料液即两相的返混，因此能提高分离效率；可防止来自于填料的污染物从前一级精馏塔输送到后一级精馏塔中造成对后一级精馏塔中的填料层污染、堵塞。
文档编号B01D59/00GK101301582SQ20081012298
公开日2008年11月12日 申请日期2008年7月3日 优先权日2008年7月3日
发明者余兆钧, 徐志红, 杨远辉 申请人:常熟华益化工有限公司