CN110487025A - 一种空气分离装置 - Google Patents

一种空气分离装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110487025A
CN110487025A CN201910784823.0A CN201910784823A CN110487025A CN 110487025 A CN110487025 A CN 110487025A CN 201910784823 A CN201910784823 A CN 201910784823A CN 110487025 A CN110487025 A CN 110487025A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tower
diameter
air
cone
rectifying column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910784823.0A
Other languages
English (en)
Inventor
朱维波
菲利普葛睿高莱多
李群芳
马爱兰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
George Lode Methodology Research And Development Liquefied Air Co Ltd
Original Assignee
George Lode Methodology Research And Development Liquefied Air Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by George Lode Methodology Research And Development Liquefied Air Co Ltd filed Critical George Lode Methodology Research And Development Liquefied Air Co Ltd
Priority to CN201910784823.0A priority Critical patent/CN110487025A/zh
Publication of CN110487025A publication Critical patent/CN110487025A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04896—Details of columns, e.g. internals, inlet/outlet devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

本发明公开了一种空气分离装置，至少包括一个精馏塔，所述精馏塔包括第一塔体和第二塔体，所述第一塔体设置在所述第二塔体之上，且第一塔体的直径小于第二塔体的直径，所述第一塔体和第二塔体之间由一锥形封头连接，所述锥形封头上有至少一个开孔。

Description

一种空气分离装置
技术领域
本发明属于压力设备领域，具体涉及一种空气分离装置。
背景技术
封头是从石油化工、原子能，到食品、制药等诸多行业压力容器设备中不可缺少的重要部件。封头是构成设备的重要零部件，它与筒体连接一起构成了设备的壳体，封头和筒体可以直接焊接，形成不可拆卸的连接形式，这一连接方式的优点是连接成本低、密封性能好，不容易产生生产过程中的泄漏事故。
封头作为容器的一个部件，根据几何形状以及适应领域的不同，可分为球形、椭圆形、碟形、球冠形、锥壳和平盖等几种，其中球形、碟形、球冠型封头又统称为凸型封头，运用于各种容器设备，如储罐、换热器、塔、反应釜、锅炉和分离设备等。
空气分离装置中的精馏塔常用的是椭圆形封头，因为椭圆形封头适用于标准化大规模制造，易于冲压成型，而且力学性能好。空气分离中的双压力空分塔通常包括精馏塔下塔和精馏塔上塔，精馏塔下塔的操作压力一般为5～6.5Bar A，高于精馏塔上塔的一般操作压力1.1～1.5Bar A。精馏塔上塔垂直地安装在精馏塔下塔的顶部，精馏塔下塔顶部设置有一冷凝蒸发器。双压力空分塔生产纯液氧、纯液氮、中压纯氮气以及污氮气等产品是十分普遍的，各种产品相互之间的比例是由空分塔的设计决定的，在运行中不会产生非常大的变化。
当需要低压纯氮气产品时，通常会在原双压力空分塔的基础上增加一个进一步精馏低压氮气产品的塔，即在精馏塔上塔之上设置纯氮塔。纯氮塔具有缩小的横截面积，与精馏塔上塔的其它部分是完全连通的，没有隔断。精馏塔上塔与纯氮塔之间通过一椭圆形封头连接。
低压纯氮气通常由纯氮塔的顶部产生，污氮气通常由精馏塔上塔的顶部靠近纯氮塔处产生。低压纯氮气和污氮气分别经过冷器升温后，继续进入主换热器与各流体进行间接换热，随后低压纯氮气可作为产品储存或直接输送给客户，污氮气也可作为产品，或用于空气净化吸附装置的再生、预冷***的预冷，或直接排入大气中。
精馏塔的设计，包括塔高、直径、填料类型和填料塔板数等决定了空气分离的能力。根据流程参数的计算，对于一定量的进料空气，由精馏塔产生的低压纯氮气和污氮气这两股流体的流量总量是大致不变的。因而，精馏塔上用于连接外部管道的开孔尺寸在精馏塔的设计阶段就已经确定了。以一套产氧量为75000Nm3/h的空分装置为例，其污氮气的产量为170000Nm3/h，其对应的在精馏塔上塔的塔壁上的开孔处的外部管道的公称直径为1200mm。
随着空气分离装置的大型化，污氮气的产量增加，对应地位于精馏塔上塔的塔壁上的污氮气开孔处的外部管道的公称直径也随之增大。有时候会出现因为污氮气开孔的设计而增加精馏塔上塔的高度的情况，与此同时，纯氮塔的实际填料塔板数因精馏塔上塔的高度增加而多于所需的理论填料塔板数，导致精馏塔的整体运输高度增加(精馏塔上塔通常与纯氮塔一同运输)。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种在不改变流程参数的前提下，通过精馏塔上塔与纯氮塔之间用一锥形封头连接，并且将污氮气开孔从精馏塔上塔的塔壁上挪到所述锥形封头上的方式，避免了因为污氮气开孔的设计而增加精馏塔上塔高度的情况，同时可以减少纯氮塔的实际填料塔板数，消除了现有技术中的缺陷与不足，同时符合工程设计经验和力学性能计算。
为了实现上述发明目的，本发明公开了一种空气分离装置，至少包括一个精馏塔，所述精馏塔包括第一塔体和第二塔体，所述第一塔体设置在所述第二塔体之上，且第一塔体的直径小于第二塔体的直径，其中：所述第一塔体和第二塔体之间由一锥形封头连接，所述锥形封头上有至少一个开孔。
更进一步地，所述锥形封头包括锥体和下直边，所述锥体由上口圆、下口圆和锥形边组成，上口圆的直径小于下口圆的直径。
更进一步地，所述锥体的下口圆与下直边的上端相连，下直边为圆环状，下直边高度的范围是40mm～50mm。
更进一步地，所述开孔位于所述锥体上，其直径为D1。
更进一步地，所述锥形封头上的开孔有两个，所述开孔在所述锥体上对称布置，其直径均为D2。
更进一步地，所述锥体上具有直径为D1的一个开孔，或具有对称布置的直径为D2的两个开孔，其中：
更进一步地，所述锥体的锥形边的延长线与中轴线的夹角α为30°或45°。
更进一步地，所述精馏塔至少包括精馏塔下塔、精馏塔上塔和纯氮塔。
更进一步地，所述第一塔体是纯氮塔，所述第二塔体是精馏塔上塔。
更进一步地，所述锥体的上口圆与所述第一塔体的外壁通过焊接方式连接。
更进一步地，所述锥体的下直边的直径与所述第二塔体的直径相同。
更进一步地，所述锥体的下直边的下端与所述第二塔体的上端通过焊接方式连接。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
1.避免了因为污氮气开孔的设计而增加精馏塔上塔高度的情况,减少了整体运输高度。
2.同时可以减少纯氮塔的实际填料塔板数，在不改变流程参数的前提下避免不必要的浪费。
附图说明
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。
图1是现有技术的结构示意图；
图2是锥形封头的结构示意图；
图3是本发明所提供的空气分离装置的第一实施例的结构示意图；
图4是本发明所提供的空气分离装置的第二实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。
在以下具体实施例的说明中，需要理解的是，术语“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不理解为对本发明的限制。
如无特别说明，本文中出现的类似于“第一”、“第二”的限定语并非是指对时间顺序、数量、或者重要性的限定，而仅仅是为了将本技术方案中的一个技术特征与另一个技术特征相区分。同样地，本文中出现的类似于“一”的限定语并非是指对数量的限定，而是描述在前文中未曾出现的技术特征。同样地，本文中在数词前出现的类似于“大约”、“近似地”的修饰语通常包含本数，并且其具体的含义应当结合上下文意理解。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所述第一塔体是纯氮塔，所述第二塔体是精馏塔上塔。所述纯氮塔设置在所述精馏塔上塔之上，且纯氮塔的直径小于精馏塔上塔的直径，所述纯氮塔和精馏塔上塔之间由一锥形封头连接，所述锥形封头上有至少一个开孔。
术语“精馏”指的是至少部分在温度为150K或低于150K下进行的精馏方法。此处的“塔”意指以精馏或分馏塔或区，其中液相和气相逆流接触以有效地分离流体混合物。
术语“污氮气”覆盖了氮气含量不低于95摩尔百分比的气态流体且该气态流体的压力低于1.5Bar A，并且“污氮气”中氮气的含量小于“低压纯氮气”。
“直径”均指代公称直径，又称平均外径，是指容器、管道及其附件的标准化直径系列。采用公称直径有利于实现零部件的标准化，也方便于设计、制造、修配和管理，降低制造成本。对于容器，公称直径用内径表示；对于管道，则用小于外径并大于内径的某个尺寸表示。相应于管道的某一公称直径，其外径是一定值，内径随壁厚而变化。
本文中“锥形封头”也称为锥壳，是一种经冲压冷热成型，外形像圆锥体的封头。锥形封头包括锥体和下直边，所述锥体由上口圆、下口圆和锥形边组成，上口圆的直径小于下口圆的直径，锥形边的延长线与中轴线的夹角为α，即锥体的锥角为2α。所述锥体的下口圆与下直边的上端相连，下直边为圆环状，下直边高度的范围是40mm～50mm。锥形封头常用于各种压力容器和压力管道中，也常用于两段直径不等的筒体的连接过渡。
图1是现有技术的结构示意图。如图1所示，纯氮塔1垂直地安装在精馏塔上塔2之上，纯氮塔1具有缩小的横截面积，与精馏塔上塔2的其它部分是完全连通的，没有隔断。精馏塔上塔2与纯氮塔1之间通过一椭圆形封头3连接。以现有技术中的75000Nm3/h的空分装置为例，纯氮塔1的直径为2700mm，精馏塔上塔2的直径为4600mm，其污氮气的产量为170000Nm3/h，对应在精馏塔上塔2的塔壁上的污氮气出口4的直径D为1200mm。以精馏塔上塔2的最顶部分配器5为基准，精馏塔从基准到塔顶的运输高度为H1，即从精馏塔上塔2的最顶部分配器5到低压纯氮气的出口，大约5262mm。现有技术中，纯氮塔1的实际填料塔板数因精馏塔上塔的高度增加而多于所需的理论填料塔板数。
下面结合附图2-4详细说明本发明的具体实施例。
如图2所示，锥形封头包括锥体6和下直边7，锥体6呈锥台状，所述锥体6由上口圆8、下口圆9和锥形边10组成，上口圆8的直径小于下口圆9的直径，锥形边10的延长线与中轴线的夹角为α。所述锥体的下口圆9与下直边7的上端相连，下直边7为圆环状。锥体的下直边7的直径与所述精馏塔上塔2的直径相同，并且锥体的下直边7的下端与精馏塔上塔2的上端通过焊接方式连接。
图3是本发明所提供的空气分离装置的第一实施例的结构示意图。在不改变流程参数的前提下，精馏塔上塔2与纯氮塔1之间通过一锥形封头11连接，所述锥形封头11的上口圆与所述纯氮塔1的外壁通过焊接方式连接，并且将污氮气出口4’从精馏塔上塔的塔壁上挪到所述锥形封头11上。此实施例中锥形边的延长线与中轴线的夹角为30°，即锥体的锥角为60°，根据计算可知锥形封头11的锥形边长度大约为1900mm，开一个直径D1为1200mm的孔是合理的，而且符合力学性能计算。以精馏塔上塔2的最顶部分配器5为基准(此分配器以下的精馏塔的设计不发生变化)，精馏塔从基准到塔顶的运输高度为H2，大约为4641mm。本实施例中，纯氮塔1的实际填料塔板数仍然多于所需的理论填料塔板数。
为了进一步减少精馏塔的整体运输高度，图4是本发明所提供的空气分离装置的第二实施例的结构示意图。此实施例中锥形边的延长线与中轴线的夹角为45°，即锥体的锥角为90°，根据计算可知锥形封头12的锥形边长度大约为1360mm，如果开一个直径D1为1200mm的孔将不能够通过力学性能计算。工程人员提出通过在所述锥形封头上对称布置两个直径均为D2的开孔4”，根据流程参数计算直径D2大约为850mm。此时，以精馏塔上塔2的最顶部分配器5为基准(此分配器以下的精馏塔的设计不发生变化)，精馏塔从基准到塔顶的运输高度为H3，大约为4013mm。
由此可知，本发明所提供的空分装置大大减少了精馏塔的整体运输高度，同时可以减少纯氮塔的实际填料塔板数，在不改变流程参数的前提下避免不必要的浪费。
本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims (12)

1.一种空气分离装置，至少包括一个精馏塔，所述精馏塔包括第一塔体和第二塔体，所述第一塔体设置在所述第二塔体之上，且第一塔体的直径小于第二塔体的直径，其特征在于：所述第一塔体和第二塔体之间由一锥形封头连接，所述锥形封头上有至少一个开孔。
2.根据权利要求1所述的空气分离装置，其特征在于：所述锥形封头包括锥体和下直边，所述锥体由上口圆、下口圆和锥形边组成，上口圆的直径小于下口圆的直径。
3.根据权利要求2所述的空气分离装置，其特征在于：所述锥体的下口圆与下直边的上端相连，下直边为圆环状，下直边高度的范围是40mm～50mm。
4.根据权利要求2所述的空气分离装置，其特征在于：所述开孔位于所述锥体上，其直径为D1。
5.根据权利要求2所述的空气分离装置，其特征在于：所述锥形封头上的开孔有两个，所述开孔在所述锥体上对称布置，其直径均为D2。
6.根据权利要求2所述的空气分离装置，所述锥体上具有直径为D1的一个开孔，或具有对称布置的直径为D2的两个开孔，其特征在于：
7.根据权利要求2所述的空气分离装置，其特征在于：所述锥体的锥形边的延长线与中轴线的夹角α为30°或45°。
8.根据权利要求1所述的空气分离装置，其特征在于：所述精馏塔至少包括精馏塔下塔、精馏塔上塔和纯氮塔。
9.根据权利要求8所述的空气分离装置，其特征在于：所述第一塔体是纯氮塔，所述第二塔体是精馏塔上塔。
10.根据权利要求2所述的空气分离装置，其特征在于：所述锥体的上口圆与所述第一塔体的外壁通过焊接方式连接。
11.根据权利要求2所述的空气分离装置，其特征在于：所述锥体的下直边的直径与所述第二塔体的直径相同。
12.根据权利要求11所述的空气分离装置，其特征在于：所述锥体的下直边的下端与所述第二塔体的上端通过焊接方式连接。
CN201910784823.0A 2019-08-23 2019-08-23 一种空气分离装置 Pending CN110487025A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910784823.0A CN110487025A (zh) 2019-08-23 2019-08-23 一种空气分离装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910784823.0A CN110487025A (zh) 2019-08-23 2019-08-23 一种空气分离装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110487025A true CN110487025A (zh) 2019-11-22

Family

ID=68553335

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910784823.0A Pending CN110487025A (zh) 2019-08-23 2019-08-23 一种空气分离装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110487025A (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007192466A (ja) * 2006-01-19 2007-08-02 Nippon Steel Corp 深冷空気分離装置およびその制御方法
CN101886871A (zh) * 2010-08-04 2010-11-17 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种空气分离制取压力氧气的方法及装置
CN202125594U (zh) * 2011-05-25 2012-01-25 宜兴市联丰化工机械有限公司 锥形封头
CN102425917A (zh) * 2011-08-30 2012-04-25 杭州杭氧股份有限公司 一种多功能精馏塔
CN102797846A (zh) * 2011-05-25 2012-11-28 宜兴市联丰化工机械有限公司 锥形封头
WO2014130066A1 (en) * 2013-02-21 2014-08-28 Gtc Technology Us Llc Separation processes using divided columns

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007192466A (ja) * 2006-01-19 2007-08-02 Nippon Steel Corp 深冷空気分離装置およびその制御方法
CN101886871A (zh) * 2010-08-04 2010-11-17 四川空分设备(集团)有限责任公司 一种空气分离制取压力氧气的方法及装置
CN202125594U (zh) * 2011-05-25 2012-01-25 宜兴市联丰化工机械有限公司 锥形封头
CN102797846A (zh) * 2011-05-25 2012-11-28 宜兴市联丰化工机械有限公司 锥形封头
CN102425917A (zh) * 2011-08-30 2012-04-25 杭州杭氧股份有限公司 一种多功能精馏塔
WO2014130066A1 (en) * 2013-02-21 2014-08-28 Gtc Technology Us Llc Separation processes using divided columns

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN201031140Y (zh) 制备超净高纯氢氟酸的装置
CN102455139A (zh) 一种带真空绝热的双股流低温螺旋缠绕管式换热器
CN107941047A (zh) 一种换热器、使用该换热器的混合碳四加氢制异丁烷装置及方法
CN110487025A (zh) 一种空气分离装置
CN106861222A (zh) 蒸发气再冷凝器
CN201094869Y (zh) 一种多用途内回流精馏装置
CN207816054U (zh) 一种换热器、使用该换热器的混合碳四加氢制异丁烷装置
CN207035587U (zh) 一种氟利昂干式蒸发器分配器
CN103604277B (zh) 二氧化碳预冷液化提纯一体化设备
CN205919718U (zh) 一种冷凝器
CN201164741Y (zh) 降膜蒸发器物料布膜装置
CN105462640A (zh) 一种深冷烃物料脱氮塔顶冷凝装置
CN203586673U (zh) 二氧化碳预冷液化提纯一体化设备
CN202125594U (zh) 锥形封头
CN207537152U (zh) 一种高纯度二氧化碳的提纯装置
CN209212959U (zh) 一种保证外壁平整的双向进出气门及其锁闭结构
CN207227046U (zh) 蒸氨塔及蒸氨***
CN203615679U (zh) 一种单塔制氧装置
CN106949751A (zh) 脱氢塔顶冷凝器
CN2893582Y (zh) 储槽液氧生产高纯氧精馏装置
CN208465223U (zh) 一种甲烷提纯装置
CN206980151U (zh) 一种钛钢复合型乙酸精馏塔
CN207478002U (zh) 一种精制四氯化钛用增加蒸发换热效率装置
CN207445777U (zh) 一种用于生产妇科万应膏浸膏的真空缓冲罐
CN206755909U (zh) 脱氢塔顶冷凝器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191122