本發(fā)明公開了一種霧化塔板和霧化塔板精餾塔，屬于化工精餾領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

各種液體混合物中，除主要組份外,往往還有微量物質(zhì)存在,其數(shù)量僅為ppm級,如環(huán)氧乙烷中含有微量的乙醛,酒精中含有微量的醛、醋、甲醇等。有些產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高，如多晶硅生產(chǎn)的原料三氯氫硅要達(dá)到ppb級，這些都涉及到從混合物中分離微量(痕量)組份的問題。

精餾塔是物料分離的常用設(shè)備，主要可以分為兩類：板式塔和填料塔。相比于填料塔，板式塔具有處理能力大，阻力能耗低，抗堵性能優(yōu)異，造價低廉等優(yōu)點(diǎn)。塔板是板式塔的核心構(gòu)件，是氣(汽)液或液液兩相傳質(zhì)的主要場所，目前，塔板的主要形式有泡罩塔板、篩板、浮閥塔板和斜孔塔板等。

不論是用填料塔還是板式塔，對痕量物質(zhì)進(jìn)行分離的效率，必須盡可能提高氣液間的接觸概率和時間。

專利申請?zhí)朿n97235168.x公開了由若干裝有填料的塔節(jié)組成的2～5個精餾塔串聯(lián)而成處理難分離物系精餾裝置。工業(yè)生產(chǎn)過程中，對板式塔，也主要采用精餾塔串聯(lián)、增加塔板數(shù)分離痕量物質(zhì)，如為得到高純?nèi)葰涔?，通常需?～7個精餾塔，每個精餾塔的塔板數(shù)都在60左右，甚至更多。這些方法不可避免導(dǎo)致設(shè)備建設(shè)成本高、操作費(fèi)用大等問題。

專利201521107453.0公開了一種利用微氣泡塔盤破除塔板上的大氣泡，增大氣液間的接觸面積，從而提高難分離物系痕量精密精餾的塔板效率的方法。該塔板通過一層篩網(wǎng)實(shí)現(xiàn)氣泡的破碎，但是篩網(wǎng)對液層中氣泡的分割作用有限，難以獲得很高的傳質(zhì)效率，更難以實(shí)現(xiàn)對痕量物質(zhì)的分離。

專利201202354778.9公開了將精餾釜塔頂產(chǎn)物冷凝后，重新利用加壓泵進(jìn)行加壓，再通過霧化噴射頭對混合物料進(jìn)行降壓霧化，達(dá)到分離沸點(diǎn)相差很大的雜質(zhì)組分。由于采用傳統(tǒng)的精餾塔，這種方法任然存在設(shè)備建設(shè)成本高，操作費(fèi)用高的問題，而且需要重新加壓霧化，從而進(jìn)一步增加了操作費(fèi)用。

因此，要設(shè)計(jì)高效、低成本、低能耗，對痕量物質(zhì)進(jìn)行分離的精餾塔盤和精餾塔，仍然是現(xiàn)階段本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高效、低成本、低能耗，對痕量物質(zhì)進(jìn)行分離的精餾塔塔盤和精餾塔。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種霧化塔板，包括：至少一塔盤1；至少一液相霧化裝置2；所述塔盤1上均勻設(shè)有孔；所述液相霧化裝置2穿過塔盤1上的孔并可拆卸的安裝在塔盤1上；所述液相霧化裝置2包括依次連接的圓臺形入口段3、圓柱形喉管4和喇叭形出口段5，所述圓柱形喉管4上開設(shè)均布的液相噴射孔。

現(xiàn)有技術(shù)中，不論是板式塔還是填料塔，氣液相間的傳質(zhì)效率有限。板式塔中，氣相以氣泡的形式穿過液層從而實(shí)現(xiàn)氣液間的傳質(zhì)，氣泡直徑通常較大，而且由于氣泡間的聚并等原因，氣泡直徑會進(jìn)一步增大，且不均勻，導(dǎo)致板式塔的傳質(zhì)效率有限，要提高對痕量物質(zhì)的分離效果，通常的做法是增加塔板數(shù)量。填料塔中，液膜層與上式氣體間以面的形式接觸，傳質(zhì)效率也有限，要提高對痕量物質(zhì)的分離效果，需要增加填料高度和填料塔數(shù)量。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，液相穿過本發(fā)明的液相噴射孔時，被圓柱形喉管中的氣相切割為細(xì)小的液體顆粒，液體顆粒和氣相在喇叭形出口段進(jìn)一步混合。板式塔中氣泡直徑通常是幾毫米～幾十毫米，而本發(fā)明中，液滴直徑通常只有幾微米，這樣的設(shè)計(jì)使得氣液兩相間的接觸面積極大增大，從而氣液相間痕量物質(zhì)的傳遞效率得到極大提高。

優(yōu)選地，所述圓柱形喉管4穿過塔盤1與喇叭形出口5連接，液相噴射孔設(shè)置在圓柱形喉管4底部臨近塔盤1處。

優(yōu)選地，所述塔盤1上孔的直徑為1cm-6cm，開孔率大于等于1％且小于20％。

優(yōu)選地，所述液相噴射孔孔徑為3mm-10mm，開孔率大于等于15％且小于60％。

優(yōu)選地，所述圓柱形喉管4上液相噴射孔的方位與所述圓臺形入口3的中心線呈5°-20°的傾斜角。

優(yōu)選地，所述圓臺形入口段3與所述圓柱形喉管4一體成型，所述圓柱形喉管4與所述喇叭形出口段5螺紋連接，所述圓柱形喉管4與所述塔盤1彈簧連接。

優(yōu)選地，所述液相霧化裝置的數(shù)量為6-40個。

第二方面，本發(fā)明還提供了一種霧化塔板精餾塔，從上到下包括提餾段和精餾段，包括上述霧化塔板，還包括精餾塔塔體12、設(shè)置在精餾塔塔體一側(cè)的進(jìn)料口13、分別設(shè)置在精餾塔提餾段和精餾段的氣液分離器，以及冷凝器11；所述進(jìn)料口13和精餾段氣液分離器8設(shè)在精餾段霧化塔板7上方；所述精餾段氣液分離器8設(shè)在所述提餾段霧化塔板9下方；所述提餾段氣液分離器10設(shè)在所述提餾段霧化塔板9上方；所述提餾段氣液分離器10通過出液管與冷凝器11連接。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中的塔盤采用噴霧結(jié)構(gòu)，將液相切割成直徑為微米數(shù)量級的液體顆粒，這樣的設(shè)計(jì)使得氣液兩相間的接觸面積極大增大，從而氣液相間痕量物質(zhì)的傳遞效率得到極大提高。并且有效地增大混合物的湍流強(qiáng)度，使混合物充分混合，進(jìn)而提高了氣液相間的傳質(zhì)換熱速率和效率。本發(fā)明中的精餾塔結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備建造費(fèi)用少，分離效率高，特別是對痕量物質(zhì)高效分離。

優(yōu)選地，所述霧化塔板的安裝數(shù)目為1-3個，所述霧化塔板上方設(shè)有視鏡和回液口。

優(yōu)選地，所述冷凝器11的下方及提餾段氣液分離器10均設(shè)有與精餾塔塔體回液口連接的回流管。

優(yōu)選地，所述精餾段氣液分離器8設(shè)有與精餾塔塔底液槽連接的回流管，所述精餾段氣液分離器8通過再沸器6后再通過回流罐連接精餾塔塔底液槽。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施提供的霧化塔板的三維結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的霧化塔板的主視圖

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的霧化塔板的俯視圖

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的霧化塔板塔的結(jié)構(gòu)示意圖

1、塔盤；2、液相霧化裝置；3、圓臺形入口；4、圓柱形喉管；5、喇叭形出口；6、再沸器；7、精餾段霧化塔板；8、精餾段氣液分離器；9、提餾段霧化塔板；10、提餾段氣液分離器；11、冷凝器。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受具體實(shí)施方式的限制。

下面將參照圖1、圖2、圖3和圖4，對本發(fā)明實(shí)施例提供的霧化塔板作詳細(xì)說明。

本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提供了一種霧化塔板，包括：塔盤1；塔盤1上均勻設(shè)有孔，孔的直徑為1cm-6cm，開孔率大于等于1％且小于20％；塔盤1可以采用矩形均勻布孔，也可以采用正三角形均勻布孔，孔徑為1cm-6cm，具體可以為1cm、1.5cm、2cm、2.5cm、3cm、3.5cm、4cm、4.5cm、5cm、5.5cm、6cm，開孔率大于等于1％且小于20％，具體可以為1％、5％、8％、12％、18％、20％。

塔盤1的開孔位置安裝液相霧化裝置2；液相霧化裝置2由一個帶圓形斷面的圓臺形入口3，一個圓柱形喉管4和一個喇叭形出口5組成；進(jìn)一步地，在圓柱形喉管4上開設(shè)均布的液相噴射孔；液相噴射孔在圓柱形喉管4上均勻分布，孔徑為3mm-10mm，具體可以為：3mm、3.5mm、4mm、4.5mm、5mm、5.5mm、6mm、6.5mm、7mm、7.5mm、8mm、8.5mm、9mm、9.5mm、10mm，開孔率大于等于15％且小于60％，具體可以為15％、20％、30％、40％、50％、60％。

進(jìn)一步地，液相噴射孔的方位與圓臺形入口3的方向成5°-20°的傾斜角，具體可以為：5°、6°、7°、8°、9°、10°、11°、12°、13°、14°、15°、16°、17°、18°、19°、20°。

采用本發(fā)明提供的一種塔板，稱之為霧化塔板，霧化塔板上均勻設(shè)有孔，孔的直徑為1cm-6cm，開孔率大于等于1％且小于20％，并在所述開孔位置安裝液相霧化裝置。當(dāng)液相穿過液相噴射孔時，被圓柱形喉管中的氣相切割為細(xì)小的液體顆粒，液體顆粒和氣相在喇叭形出口段進(jìn)一步混合，這樣的設(shè)計(jì)使得氣液兩相間的接觸面積增大，并能夠有效的增強(qiáng)氣液混合程度，從而達(dá)到強(qiáng)化傳質(zhì)及傳熱目的。

精餾塔塔板的型式，直接決定了塔器的精餾效率，合理的結(jié)構(gòu)能有效降低塔板阻力，擴(kuò)大精餾塔的傳質(zhì)面積、傳質(zhì)系數(shù)和傳質(zhì)效率。從而減少制造成本，降低能耗的目的。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種霧化塔板塔內(nèi)件，提高了混合物中氣液相的接觸面積；有效地增大混合物的湍流強(qiáng)度，使混合物充分混合，進(jìn)而提高了氣液相間的傳質(zhì)換熱速率和效率。

本發(fā)明實(shí)施例提供的一種霧化塔板傳質(zhì)效率高，與其他類型塔板相比，在達(dá)到相同傳質(zhì)效果的前提下，能夠極大減少塔板的安裝數(shù)量。特別是對痕量物質(zhì)高效分離，本發(fā)明實(shí)施例提供的一種霧化塔板能極大減少塔板的安裝數(shù)量，減低設(shè)備制造成本。

以三氯氫硅精餾為例，采用常規(guī)板式塔需要近百塊塔板，塔高60-70m。采用本發(fā)明實(shí)施例提供的一種霧化塔板只需要1-3塊塔板，塔高僅為3-10m。

需要說明的是，霧化塔板的液相霧化裝置2與塔盤1間彈簧連接。彈簧連接的優(yōu)勢在于避免了螺紋連接、夾緊、粘貼等其他的連接方法，這些彈簧連接結(jié)構(gòu)可以直接采用商業(yè)產(chǎn)品，不需要特別設(shè)計(jì)，而且也不需要額外把它們連接起來。

需要說明的是，液相霧化裝置2中圓臺形入口3與圓柱形喉管4一體成型，并組成液相霧化裝置2的下部分；

進(jìn)一步地，液相霧化裝置2的下部分與上部分喇叭形出口5可拆卸的連接，具體地，液相霧化裝置2的下部分與喇叭形出口5螺紋連接。圓柱形喉管4外壁上開有內(nèi)螺紋，喇叭形出口5內(nèi)壁上開有外螺紋；或者，圓柱形喉管4內(nèi)壁上開有外螺紋，喇叭形出口5上開有內(nèi)螺紋。

因此，霧化塔板中的各個構(gòu)件間可以達(dá)到重復(fù)安裝和拆卸而不損傷零件。

本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提供了一種霧化塔板塔，包括上述任一項(xiàng)實(shí)施例中的霧化塔板。

本發(fā)明第二方面的實(shí)施例提供的旋流篩板塔設(shè)置有本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提供的立體旋流篩板，從而具有本發(fā)明第一方面的實(shí)施例提供的立體旋流篩板所具有的一切有益效果。

如附圖1所示，所述精餾塔的氣液分離裝置，包括精餾塔塔體、進(jìn)料口、霧化塔板、氣液分離器和冷凝器。所述進(jìn)料口13設(shè)在所述霧化塔板7上方位置；所述氣液分離器8設(shè)在所述霧化塔板7上方；所述氣液分離器8設(shè)在所述霧化塔板9下方；所述氣液分離器10設(shè)在所述霧化塔板9上方；所述氣液分離器10還通過出液管與冷凝器11連接。

進(jìn)一步地，所述霧化塔板7和所述霧化塔板9的安裝數(shù)目都可為1-3個，具體數(shù)目可以為1個、2個和3個。

進(jìn)一步地，所述霧化塔板7和所述霧化塔板9上方設(shè)有視鏡和回液口。

進(jìn)一步地，以上所述冷凝器11的下方還設(shè)有與精餾塔塔體的回液口連接的回流管。

進(jìn)一步地，以上所述氣液分離器10設(shè)有與精餾塔塔體的回液口連接的回流管。

進(jìn)一步地，以上所述氣液分離器8設(shè)有與精餾塔塔底液槽連接的回流管。

進(jìn)一步地，所述精餾塔塔體的中段設(shè)有進(jìn)料口。

以三氯氫硅精制為例，在精餾塔內(nèi)安裝若干霧化塔板，氣相自下而上從霧化塔板中穿過。液相從液相噴射孔從噴射進(jìn)入霧化塔板，并在氣相的作用下，被剪切成微小液滴。氣相和微小液滴在喇叭形出口中并流、混合。霧化塔板能夠顯著強(qiáng)化氣液相間的接觸與混合，實(shí)現(xiàn)高效的傳質(zhì)過程。

利用專利cn97235168.x公開的由若干裝有填料的塔節(jié)組成的2～5個精餾塔串聯(lián)而成處理難分離物系精餾裝置，對難分離物質(zhì)的分離效率高于99％。利用本發(fā)明的噴霧精餾塔，只需兩塊噴霧塔板，可實(shí)現(xiàn)對難分離物質(zhì)達(dá)到99.99％的分離效率。

本發(fā)明中的精餾塔結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備建造費(fèi)用少，分離效率高，特別是對痕量物質(zhì)高效分離。