CN116747543A - 一种旋流精馏塔及推挽旋流精馏系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流精馏塔及推挽旋流精馏系统。旋流精馏塔包括：塔体、旋叶片和蒸发罐；旋叶片设置于塔体内，旋叶片、塔体和中轴管围合形成汽化腔，稀乙醇溶液从第一进液口进入汽化腔内，在重力作用下沿旋叶片上表面向下旋流，蒸发罐的液体加热后生成水蒸气进入汽化腔内，在汽化腔内沿旋叶片的下表面螺旋上升，水蒸气的热量通过旋叶片传递到稀乙醇溶液，汽化腔内的稀乙醇溶液吸热后汽化成乙醇气体在汽化腔内螺旋上升；水蒸气的热量传递到稀乙醇溶液后，水蒸气放热液化，成为液体后在重力作用下向下螺旋流动，重新回流至蒸发罐中。该旋流精馏塔实现了汽化和冷凝同时进行，进而降低能耗，减小阻力，提高精馏效率。

Description

一种旋流精馏塔及推挽旋流精馏系统

技术领域

本发明涉及乙醇精馏设备技术领域，具体涉及一种旋流精馏塔及推挽旋流精馏系统。

背景技术

精馏塔是进行精馏的一种塔式汽液接触装置。目前国内常用的乙醇精馏设备有板式精馏塔和填料精馏塔。

板式精馏塔的工作原理是在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。

填料精馏塔的工作原理是在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流经填料层后自塔底排出；气体则在压强差推动下穿过填料层的空隙，由塔的一端流向另一端。气液在填料表面接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高连续变化。

板式精馏塔和填料精馏塔的共同的缺点在于回流比大，能耗高，产量低。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的精馏塔产量低、能耗高的缺陷，从而提供一种降低耗能，提高产量的旋流精馏塔及推挽旋流精馏系统。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种旋流精馏塔，包括：塔体、旋叶片和蒸发罐；所述塔体内设有中轴管；所述旋叶片设置于所述塔体和所述中轴管之间，所述旋叶片沿所述中轴管的轴线方向螺旋绕设，所述旋叶片的内周与所述中轴管固定连接，所述旋叶片的外周与所述塔体密封连接，所述旋叶片、所述塔体和所述中轴管围合形成汽化腔，所述塔体侧壁上设有第一进液口，稀乙醇溶液从所述第一进液口流入所述汽化腔内，沿所述旋叶片的上表面向下旋流；所述蒸发罐设于所述塔体的底部，所述蒸发罐与所述汽化腔连通，所述蒸发罐内的水蒸气进入所述汽化腔腔内螺旋上升，所述水蒸气和所述稀乙醇溶液通过所述旋叶片进行热交换。

根据本发明的第一方面实施例，旋流精馏塔还包括：内套筒和预热管道，所述内套筒套设于所述塔体和所述中轴管之间，所述内套筒穿设于所述旋叶片上，所述内套筒的外周、所述塔体内周壁和位于所述内套筒的外周、所述塔体内周壁之间的部分所述旋叶片围合形成预热腔，所述预热腔和所述汽化腔相互隔绝，所述塔体上开设有与所述预热腔连通的第二进液口，所述塔体底部开设有与所述预热腔底部连通的预热液出口，所述内套筒的周壁上开设有预热液进口，所述预热液进口与所述第一进液口相对设置；

所述预热管道设置于所述塔体的外部，所述预热管道的一端与所述预热液出口连通，所述预热管道的另一端穿设于所述第一进液口且与所述预热液进口连通。

根据本发明的第一方面实施例，所述内套筒由沿所述中轴管的轴线方向螺旋绕设的钢片围合形成，所述钢片螺旋绕设的方向与所述旋叶片螺旋绕设方向相反，且所述钢片的上下两侧与所述旋叶片密封连接；

所述内套筒的外周壁、所述塔体的内壁和位于所述内套筒和所述塔体之间的部分所述旋叶片的上表面围合形成所述预热腔；

所述内套筒的内周壁、所述中轴管的外周和位于所述内套筒和所述中轴管之间的部分所述旋叶片围合形成所述汽化腔。

根据本发明的第一方面实施例，所述内套筒为中空筒体，所述旋叶片包括：

第一旋片，所述第一旋片螺旋绕于所述塔体和所述内套筒之间，所述第一旋片的外周与所述塔体的内壁密封连接，所述第一旋片的内周与所述内套筒的分外周壁密封连接，所述塔体内壁、所述内套筒外周壁和所述第一旋片围合形成所述预热腔；

第二旋片，所述第二旋片螺旋绕设于所述内套筒和所述中轴管之间，所述第二旋片的外周与所述内套筒的内周壁密封连接，所述第二旋片的内周与所述中轴管的外周壁密封连接，所述内套筒内周壁、所述中轴管外周壁和所述第二旋片围合形成所述汽化腔。

根据本发明的第一方面实施例，所述第一进液口的设置高度低于所述第二进液口的设置高度，所述预热腔、所述预热液出口和预热管道形成U型管路；

所述进液口和所述预热液进口均设有多个，多个所述进液口和多个所述预热液进口沿所述塔体高度交替间隔设置。

根据本发明的第一方面实施例，所述第二进液口、所述第一进液口和所述预热液出口的上端均设有温度传感器。

根据本发明的第一方面实施例，所述旋叶片的上表面沿所述旋叶片的螺旋方向间隔设有多个堵流坝，所述堵流坝的长度方向与所述旋叶片的宽度方向一致。

根据本发明的第一方面实施例，所述塔体底部开设有连通所述汽化腔和所述蒸发罐的排污口，所述排污口上设有阀门。

本发明还提供了一种推挽旋流精馏系统，包括；旋流精馏塔、第一冷凝结构、第二冷凝结构和储罐；所述旋流精馏塔的塔体上端设有出气口，乙醇在所述旋流精馏塔内吸热汽化后从所述出气口排出；所述第一冷凝结构包括冷凝器、换热器、压缩机和膨胀阀；所述冷凝器设置于所述旋流精馏塔的上方，所述冷凝器内设有冷凝腔和换热腔，所述冷凝腔的进口与所述出气口连通，所述换热腔内设有冷媒，所述冷凝器的外周壁设有与所述换热腔连通的冷媒出口和冷媒进口，所述冷媒出口与所述压缩机进口连通，所述压缩机出口与所述换热器进口连通，所述换热器出口通过所述膨胀阀与所述冷媒进口连通，所述换热器与所述旋流精馏塔的蒸发罐实现热交换以为所述蒸发罐提供热量；所述第二冷凝结构的进口与所述冷凝器出口连通，所述第二冷凝结构设有第一浓度出口和第二浓度出口，所述旋流精馏塔的上端侧壁上开设有回流口，所述第一浓度出口与所述回流口通过回流管道连通；所述第二浓度出口与所述储罐连通，乙醇气体从所述出气口流出后，依次经过在所述第一冷凝结构和所述第二冷凝结构液化后，从所述第二浓度出口流进所述储罐内。

根据本发明的第二方面实施例，所述回流口包括第一回流口和第二回流口，所述第一回流口和所述第二回流口沿所述旋流精馏塔的高度方向间隔分布；

所述回流管道包括主流管、第一分流管和第二分流管，所述主流管的一端与所述第一浓度出口连通，所述主流管的另一端连接有三通接口，所述主流管上设有密度计；所述第一分流管的一端和所述第二分流管的一端通过所述三通接口与所述主流管的另一端连通，所述第一分流管的另一端与所述第一回流口连通，所述第二分流管的另一端与所述第二回流口连通，所述第一分流管上设有第一浓度转子流量计，所述第二分流管上设有第二浓度转子流量计。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的旋流精馏塔，旋叶片设置于塔体内，旋叶片、塔体和中轴管围合形成汽化腔，稀乙醇溶液从第一进液口进入汽化腔内，在重力作用下沿旋叶片的上表面向下旋流，蒸发罐的液体加热后生成水蒸气进入汽化腔内，在汽化腔内沿旋叶片的下表面螺旋上升，水蒸气的热量通过旋叶片传递到稀乙醇溶液，稀乙醇溶液吸热后汽化成乙醇气体在汽化腔内螺旋上升；水蒸气的热量传递到稀乙醇溶液后，水蒸气放热液化后，与汽化腔内的稀乙醇溶液混合，在重力作用下向下螺旋流动，重新回流至蒸发罐中。该旋流精馏塔实现了蒸发和冷凝同时进行，进而降低能耗，减小阻力，提高精馏效率。

2.本发明提供的旋流精馏塔，通过使用内套筒，将塔体分隔出一个与汽化腔相互隔绝的预热腔，将稀乙醇溶液先从第二进液口通入预热腔内，稀乙醇溶液沿着旋叶片的上表面向下旋流，预热腔和汽化腔之间通过内套筒隔绝，水蒸气的热量通过内套筒和旋叶片传递到预热腔内的稀乙醇溶液，进而使得预热腔内的稀乙醇溶液得到初步的加热，预热后的稀乙醇溶液从底部的预热液出口流出后，流经外部的预热管道，从内套筒的预热液进口流入汽化腔内进行汽化。经过预热后的稀乙醇溶液在水蒸气的加热下，液态乙醇迅速汽化成气态乙醇，从而提高精馏效率，提高产量。

3.本发明提供的旋流精馏塔，第一进液口的设置高度低于第二进液口的设置高度，预热腔、预热液出口和预热管道形成U型管路，从而使得当稀乙醇溶液从第二进液口通入预热腔后，由于预热腔、预热液出口和预热管道形成U型管路，在大气压的作用下，预热后的稀乙醇溶液可以顺利进入汽化腔中。第一进液口、第二进液口和预热液进口均设有多个，同一高度的第一进液口和预热液进口以及与第一进液口相邻的且高度较低的第二进液口为一组，通过设置多组，以适配于不同温度的稀乙醇溶液，提高通用性。

4.本发明提供的旋流精馏塔，通过第二进液口、第一进液口和预热液出口的上端设置温度传感器，实时监控稀乙醇溶液的温度，从而对稀乙醇溶液的进出口位置进行实时调控，以提高稀乙醇的精馏效率。

5.本发明提供的旋流精馏塔，通过在旋叶片的上表面间隔设置多个堵流坝，进而降低稀乙醇溶液流动速度，以使得稀乙醇容易充分吸热汽化，提高稀乙醇的精馏效率，提高产能。

6.本发明提供的推挽旋流精馏系统，当稀乙醇溶液通入旋流精馏塔内时，第一冷凝结构的压缩机启动，进而将冷媒进行加热，加热后的冷媒流经换热器，将热量供给蒸发罐，以对蒸发罐内的液体进行加热，进而对稀乙醇溶液进行汽化精馏，从换热器流出的冷媒经膨胀阀发热后，形成低温冷媒，重新进入换热腔内，对冷凝腔内的气态乙醇进行初步冷凝，从旋流精馏塔流出的气态乙醇，一部分在第一冷凝结构内冷凝成液体回流至旋流精馏塔中重新汽化精馏，另一部分进而第二冷凝结构中被冷凝成高度乙醇，放置储罐内储存。该推挽旋流精馏系统，通过二次冷凝，将大量低沸点的气态乙醇进行充分冷凝，从而降低回流量，减少了帝都乙醇重复回塔加热的次数，降低能耗，提高效率。此外，通过第一冷凝结构，在对气态乙醇进行冷凝的同时，为蒸发罐提供热源加热，可极大地降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的第二方面实施例中提供的推挽旋流精馏系统的结构示意图；

图2为图1中A处的局部示图；

图3为本发明的第一方面实施例中提供的旋流精馏塔的部分结构示意图。

附图标记说明：1、蒸发罐；2、塔体；3、旋叶片；4、中轴管；5、内套筒；6、冷凝器；7、压缩机；8、换热器；9、膨胀阀；10、第二冷凝结构；11、储液罐；12、储罐；13、进液泵；14、进液阀；21、第一进液口；22、预热液出口；23、第二进液口；24、预热阀；101、第一浓度出口；102、第二浓度出口；103、密度计。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

参照图1和图2，本发明提出了一种旋流精馏塔，包括：塔体2、旋叶片3和蒸发罐1；塔体2内设有中轴管4；旋叶片3设置于塔体2和中轴管4之间，旋叶片3沿中轴管4的轴线方向螺旋绕设，旋叶片3的内周与中轴管4固定连接，旋叶片3的外周与塔体2密封连接，旋叶片3、塔体2和中轴管4围合形成汽化腔，塔体2侧壁上设有第一进液口21，稀乙醇溶液从第一进液口21流入汽化腔内，沿旋叶片3的上表面向下旋流；蒸发罐1设于塔体2的底部，蒸发罐1与汽化腔腔连通，蒸发罐1内的水蒸气进入汽化腔内沿旋叶片3的下表面螺旋上升，水蒸气和乙醇溶液通过旋叶片3进行热交换。

具体说明，在塔体2内设置一根中轴管4，塔体2为圆柱状，中轴管4与塔体2同轴设置，中轴管4用于固定安装旋叶片3，旋叶片3的外周与塔体2内周壁密封连接，旋叶片3的内周固定焊接在中轴管4上，旋叶片3、塔体2和中轴管4围合形成汽化腔，汽化腔且沿中轴管4的轴线方向螺旋设置。

稀乙醇溶液储存在储液罐11内，通过进液泵13将稀乙醇溶液从储液罐11内抽出，储液罐11和第一进液口21之间通过进液管道连通，进液泵13设置于储液罐11和第一进液口21之间，通过进液管道上还设有进液阀14，进液阀14用于控制稀乙醇溶液的进液流速，避免流速过快，导致稀乙醇溶液未能得到充分精馏。稀乙醇溶液流经进液阀14从第一进液口21进入汽化腔内，在重力作用下沿旋叶片3的上表面向下旋流，蒸发罐1的液体加热后生成水蒸气进入汽化腔内，在汽化腔内沿旋叶片3的下表面螺旋上升。汽化腔此时水蒸气的热量通过旋叶片3传递到稀乙醇溶液，汽化腔内的稀乙醇溶液吸热后汽化成气态乙醇，气态乙醇在汽化腔内螺旋上升，从塔体2上方的出气口排出；水蒸气的热量传递到稀乙醇溶液后，水蒸气放热液化，成为液体后落入稀乙醇溶液中，在重力作用下向下螺旋流动，重新回流至蒸发罐1中。该旋流精馏塔实现了汽化和冷凝同时进行，进而降低能耗，减小阻力，提高精馏效率。

可以理解的是，该旋流精馏塔的汽化腔中无需设置填料，从而提高气态乙醇在汽化腔内的流动速度，在本发明的一些实施例中，在汽化腔中段位置的温度为70℃时，饱和水蒸气的比体积为5.05m³/Kg，饱和气态乙醇的比体积为1.1933m³/Kg，在本实施例中上下两层旋叶片3之间形成的垂直截面为0.0189㎡，当产量为1吨时，汽化腔内的水蒸气和气态乙醇的线速度分别为12.3m/s和2.77m/s；从塔体2的中段到塔体2顶部的高度为5.5m，旋叶片3的旋转总长度78m，汽化腔内的气态乙醇塔体2的中段位置到塔体2顶部仅需要6秒，水蒸气从塔体2中段到塔体2顶部需要28秒。汽化腔内，在78.1℃时，共沸点比重较大的水蒸汽被离心力甩到内套筒5的内周壁上，水蒸气的温度随着水蒸气的上升而下降，使得饱和水蒸气低于沸点而冷凝为水，被12.3m/s高速的气态乙醇分离。

在本发明的第一方面实施例中，旋流精馏塔还包括：内套筒5和预热管道，内套筒5套设于塔体2和中轴管4之间，内套筒5穿设于旋叶片3上，内套筒5的外周、塔体2内周壁和位于内套筒5的外周、塔体2内周壁之间的部分旋叶片3围合形成预热腔，预热腔和汽化腔相互隔绝，塔体2上开设有与预热腔连通的第二进液口23，塔体2底部开设有与预热腔底部连通的预热液出口22，内套筒5的周壁上与第一进液口21对应位置开设有预热液进口；

预热管道设置于塔体2的外部，预热管道的一端与预热液出口22连通，预热管道的另一端穿设于第一进液口21且与预热液进口连通。

具体说明，在旋流精馏塔内设置内套筒5，内套筒5穿设于旋叶片3上，内套筒5的外周壁、塔体2内周壁和位于内套筒5和塔体2之间的部分旋叶片3的上表面围合形成预热腔，塔体2上开设有第二进液口23，此时，进液管道的一端与储液罐11连通，另一端与第二进液口23连通，当进液泵13启动后，稀乙醇溶液从第二进液口23进入预热腔内，在重力作用下，自上而下地旋流；由于蒸发罐1内加热产生的水蒸气在汽化腔内螺旋上升，预热腔和蒸汽化之间通过内套筒5相间隔，水蒸气的热量传递到旋叶片3和内套筒5上，进而对预热腔内的稀乙醇溶液进行预热。内套筒5上设置预热液进口，在塔体2的底部设置与预热腔连通的预热液出口22，设置在塔体2外部的预热管道的一端与预热液出口22连通，另一端穿过第一进液口21与预热液进口连通，此时设置在塔体2上的第一进液口21作为安装孔存在，以适于预热管道的布设安装。在预热管道上设置预热阀24，通过预热阀24控制预热后的稀乙醇溶液的流速，以更好地控制稀乙醇溶液的精馏。

预热后的稀乙醇溶液从预热液出口22流出，经过预热管道，从预热液进口进入汽化腔内，在汽化腔内进行汽化精馏。经过预热后的稀乙醇溶液温度升高，内能增加，当进入汽化腔后，吸收少量热能后，液态乙醇便可汽化。预热腔的设置有效提高了精馏效率，进一步提高产能。

可以理解的是，在预热管道的外周包裹有保温棉，以避免预热后的稀乙醇溶液热量的散失。

在本发明的第一方面实施例中，内套筒5由沿中轴管4的轴线方向螺旋绕设的钢片围合形成，钢片螺旋绕设的方向与旋叶片3螺旋绕设方向相反，且钢片的上下两侧与旋叶片3密封连接；

内套筒5的外周壁、塔体2的内壁和位于内套筒5和塔体2之间的部分旋叶片3的上表面围合形成预热腔；

内套筒5的内周壁、中轴管4的外周和位于内套筒5和中轴管4之间的部分旋叶片3围合形成汽化腔。

具体说明，当旋叶片3为一体化设置时，此时内套筒5由沿着中轴管4的轴线方向螺旋绕设的钢片围合形成，钢片与旋叶片3之间通过焊接固定，这种设计方式的优点在于便于传热，此时的旋叶片3为一体式设计，汽化腔内水蒸气的热量可以更好地传递到位于塔体2和内套筒5之间的部分旋叶片3上，进而对预热腔内的稀乙醇溶液进行预热。在本发明的一些实施例中，钢片的螺旋转角、宽度以及螺距与旋叶片3相同。

在本发明的第一方面实施例中，内套筒5为中空筒体，旋叶片3包括：

第一旋片，第一旋片螺旋绕于塔体2和内套筒5之间，第一旋片的外周与塔体2的内壁密封连接，第一旋片的内周与内套筒5的外周壁密封连接，塔体2内壁、内套筒5外周壁和第一旋片围合形成预热腔；

第二旋片，第二旋片螺旋绕设于内套筒5和中轴管4之间，第二旋片的外周与内套筒5的内周壁密封连接，第二旋片的内周与中轴管4的外周壁密封连接，内套筒5内周壁、中轴管4外周壁和第二旋片围合形成汽化腔。

具体说明，当内套管为中空筒体时，旋叶片3包括第一旋叶片3和第二旋叶片3，此时先将第二旋叶片3固定焊接在中轴管4上，将矩形钢片沿着第二旋叶片3的外周折弯焊接，使得矩形钢片围合形成内套管，再将第一旋叶片3固定焊接在内套管的外周壁上。这种设置便于加工。此时由于第一旋叶片3和第二旋叶片3之间通过内套管隔绝，因此第一旋叶片3不再对预热腔进行加热，预热腔内的稀乙醇溶液仅靠内套管进行传热。该方式的设置可保证汽化腔始终保持在高温环境下，以对稀乙醇溶液进行充分精馏。

在本发明的第一方面实施例中，第一进液口21的设置高度低于第二进液口23的设置高度，预热腔、预热液出口22和预热管道形成U型管路；

进液口和预热液进口均设有多个，多个进液口和多个预热液进口沿塔体2高度交替间隔设置。

具体说明，当设置内套管时，第一进液口21作为安装孔存在，此时预热管道与第一进液口21之间设有密封件。第一进液口21与预热液进口处于同一水平高度上，第一进液口21的设置高度低于第二进液口23的设置高度，预热腔、预热液出口22和预热管道形成U型管路，从而使得当稀乙醇溶液从第二进液口23通入预热腔后，由于预热腔、预热液出口22和预热管道形成U型管路，在大气压的作用下，预热后的稀乙醇溶液可以顺利进入汽化腔中。

可以理解的是，第一进液口21、第二进液口23和预热液进口均设有多个，同一高度的第一进液口21和预热液进口以及与第一进液口21相邻的且高度较低的第二进液口23为一组，通过设置多组，以适配于不同温度的稀乙醇溶液，提高通用性。

当预热后的稀乙醇溶液温度越高时，选择设置高度低的一组，当稀乙醇溶液温度低时，选择设置高度高的一组。以提高稀乙醇溶液的精馏效率，降低能耗。

在本发明的第一方面实施例中，第二进液口23、第一进液口21、预热液进口和预热液出口22的上端均设有温度传感器。

在本发明的一些实施例中，通过在第一进液口21、第二进液口23、预热液出口22和预热液进口的上方设置温度传感器，以实时监测第一进液口21、第二进液口23、预热液出口22和预热液进口处的稀乙醇溶液的温度，进而自动控制进液管道上的进液阀14和预热管道上的预热阀24，以自动调控稀乙醇溶液的进入汽化腔的高度，从而达到精准精馏的效果，提升精馏效率，降低能耗损失。

在本发明的第一方面实施例中，旋叶片3的上表面沿旋叶片3的螺旋方向间隔设有多个堵流坝，堵流坝的长度方向与旋叶片3的宽度方向一致。

具体说明，在旋叶片3的上表面设置堵流坝，堵流坝的作用在于降低稀乙醇溶液的流速，使得稀乙醇溶液在预热腔内得到充分预热或在汽化腔内充分精馏。提高稀乙醇溶液的精馏效率，提高产能。堵流坝的高度不作为本发明的限制，此外设置在汽化腔内的堵流坝，还可以避免回流的液态乙醇流到塔体2底部，由于回流至塔体2内的液态乙醇的浓度高于稀乙醇溶液，稀乙醇溶液精馏后，聚集在塔体2底部只剩下液态水，因此若没有堵流坝，液体乙醇流速过快时，会在塔体2底部与液态水混合形成稀乙醇溶液，进而降低了产能。

在本发明的第一方面实施例中，塔体2底部开设有连通汽化腔和蒸发罐1的排污口，排污口上设有阀门。

具体说明，当稀乙醇溶液经过精馏后，在塔体2底部沉积的只有液态水，在塔体2内设有一个液位传感器，当液体水的液位高度到达预设高度时，通过控制系统控制排污口上的阀门打卡，以将液态水排入蒸发罐1中。

本发明还提供了一种推挽旋流精馏系统，包括；旋流精馏塔、第一冷凝结构、第二冷凝结构10和储罐12；旋流精馏塔的塔体2上端设有出气口，乙醇在旋流精馏塔内吸热汽化后从出气口排出；第一冷凝结构包括冷凝器6、换热器8、压缩机7和膨胀阀9；冷凝器6设置于旋流精馏塔的上方，冷凝器6内设有冷凝腔和换热腔，冷凝腔的进口与出气口连通，换热腔内设有冷媒，冷凝器6的外周壁设有与换热腔连通的冷媒出口和冷媒进口，冷媒出口与压缩机7进口连通，压缩机7出口与换热器8进口连通，换热器8出口通过膨胀阀9与冷媒进口连通，换热器8与旋流精馏塔的蒸发罐1实现热交换以为蒸发罐1提供热量；第二冷凝结构10的进口与冷凝器6出口连通，第二冷凝结构10设有第一浓度出口101和第二浓度出口102，旋流精馏塔的上端侧壁上开设有回流口，第一浓度出口101与回流口通过回流管道连通；第二浓度出口102与储罐12连通，乙醇气体从出气口流出后，依次经过在第一冷凝结构和第二冷凝结构10液化后，从第二浓度出口102流进储罐12内。

具体说明，当稀乙醇溶液通入旋流精馏塔内时，第一冷凝结构的压缩机7启动，进而将冷媒进行加热，加热后的冷媒流经换热器8，换热器8将热量供给蒸发罐1，以对蒸发罐1内的液体进行加热，进而对稀乙醇溶液进行汽化精馏，经换热器8出口流出的冷媒温度降低，经过膨胀阀9后温度进一步降低，形成低温冷媒，在本发明的一些实施例中，经膨胀阀9出去的冷媒温度在10℃以下，具体地，该冷媒为液态水。

冷媒重新进入换热腔内，对冷凝腔内的气态乙醇进行初步冷凝，从旋流精馏塔流出的气态乙醇，一部分在第一冷凝结构内冷凝成液体回流至旋流精馏塔中重新汽化精馏，另一部分进入第二冷凝结构10中被冷凝成高度乙醇，最后被放置储罐12内储存。该推挽旋流精馏系统，通过二次冷凝，将大量低沸点的气态乙醇进行充分冷凝，从而降低回流量，减少了低度乙醇重复回塔加热的次数，降低能耗，提高效率。此外，通过第一冷凝结构，在对气态乙醇进行冷凝地同时，为蒸发罐1提供热源加热，可极大地降低能耗。

在本发明的第二方面实施例中，回流口包括第一回流口和第二回流口，第一回流口和第二回流口沿旋流精馏塔的高度方向间隔分布；

回流管道包括主流管、第一分流管和第二分流管，主流管的一端与第一浓度出口101连通，主流管的另一端连接有三通接口，主流管上设有密度计103；第一分流管的一端和第二分流管的一端通过三通接口与主流管的另一端连通，第一分流管的另一端与第一回流口连通，第二分流管的另一端与第二回流口连通，第一分流管上设有第一浓度转子流量计，第二分流管上设有第二浓度转子流量计。

具体说明，在第二冷凝结构10内，气态乙醇冷凝成液态，且别分离成不符合浓度的第一浓度乙醇，以及符合浓度的第二浓度乙醇，第一浓度乙醇从第一浓度出口101流出，经过回流管回流至旋流精馏塔中进行二次精馏，第二浓度乙醇流入储罐12内进行储存。

为提高对回流的液体乙醇的精馏效率，在旋流精馏塔上设有第一回流口和第二回流口，第一回流口的设置高度高于第二回流口，第一浓度乙醇从第一浓度出口101流出后，在主流管内流动，主流管上设置的密度计103对第一浓度乙醇的密度进行测量，在主流管上设有取样口。主流管通过三通接口来连通第一分流管和第二分流管，第一分流管上设置第一浓度转子流量计和第一流量阀，第二分流管上设置第二浓度转子流量计和第二流量阀，第一分流管与第一回流口接通，第二分流管与第二回流口接通，当第一浓度乙醇的浓度较高时，选择将第一流量阀的开口开大，以使得第一浓度乙醇流经第一分流管，从较高的第一回流口进入旋流精馏塔内，提高精馏效率，反之，当第一浓度乙醇的浓度较低时，选择将第二流量阀的开口开大，使得第一浓度乙醇流经第二分流管，从较低的第二回流口进入旋流精馏塔内，进行充分精馏。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种旋流精馏塔，其特征在于，包括：

塔体(2)，所述塔体(2)内设有中轴管(4)；

旋叶片(3)，所述旋叶片(3)设置于所述塔体(2)和所述中轴管(4)之间，所述旋叶片(3)沿所述中轴管(4)的轴线方向螺旋绕设，所述旋叶片(3)的内周与所述中轴管(4)固定连接，所述旋叶片(3)的外周与所述塔体(2)密封连接，所述旋叶片(3)、所述塔体(2)和所述中轴管(4)围合形成汽化腔，所述塔体(2)侧壁上设有第一进液口(21)，稀乙醇溶液从所述第一进液口(21)流入所述汽化腔内，沿所述旋叶片(3)的上表面向下旋流；

蒸发罐(1)，所述蒸发罐(1)设于所述塔体(2)的底部，所述蒸发罐(1)与所述汽化腔连通，所述蒸发罐(1)内的水蒸气进入所述汽化腔内沿所述旋叶片(3)的下表面螺旋上升，所述水蒸气和所述稀乙醇溶液通过所述旋叶片(3)进行热交换。

2.根据权利要求1所述的旋流精馏塔，其特征在于，还包括：内套筒(5)和预热管道，所述内套筒(5)套设于所述塔体(2)和所述中轴管(4)之间，所述内套筒(5)穿设于所述旋叶片(3)上，所述内套筒(5)的外周、所述塔体(2)内周壁和位于所述内套筒(5)的外周、所述塔体(2)内周壁之间的部分所述旋叶片(3)围合形成预热腔，所述预热腔和所述汽化腔相互隔绝，所述塔体(2)上开设有与所述预热腔连通的第二进液口(23)，所述塔体(2)底部开设有与所述预热腔底部连通的预热液出口(22)，所述内套筒(5)的周壁上开设有预热液进口，所述预热液进口与所述第一进液口(21)相对设置；

所述预热管道设置于所述塔体(2)的外部，所述预热管道的一端与所述预热液出口(22)连通，所述预热管道的另一端穿设于所述第一进液口(21)且与所述预热液进口连通。

3.根据权利要求2所述的旋流精馏塔，其特征在于，所述内套筒(5)由沿所述中轴管(4)的轴线方向螺旋绕设的钢片围合形成，所述钢片螺旋绕设的方向与所述旋叶片(3)螺旋绕设方向相反，且所述钢片的上下两侧与所述旋叶片(3)密封连接；

所述内套筒(5)的外周壁、所述塔体(2)的内壁和位于所述内套筒(5)和所述塔体(2)之间的部分所述旋叶片(3)的上表面围合形成所述预热腔；

所述内套筒(5)的内周壁、所述中轴管(4)的外周和位于所述内套筒(5)和所述中轴管(4)之间的部分所述旋叶片(3)围合形成所述汽化腔。

4.根据权利要求2所述的旋流精馏塔，其特征在于，所述内套筒(5)为中空筒体，所述旋叶片(3)包括：

第一旋片，所述第一旋片螺旋绕于所述塔体(2)和所述内套筒(5)之间，所述第一旋片的外周与所述塔体(2)的内壁密封连接，所述第一旋片的内周与所述内套筒(5)的外周壁密封连接，所述塔体(2)内壁、所述内套筒(5)外周壁和所述第一旋片围合形成所述预热腔；

第二旋片，所述第二旋片螺旋绕设于所述内套筒(5)和所述中轴管(4)之间，所述第二旋片的外周与所述内套筒(5)的内周壁密封连接，所述第二旋片的内周与所述中轴管(4)的外周壁密封连接，所述内套筒(5)内周壁、所述中轴管(4)外周壁和所述第二旋片围合形成所述汽化腔。

5.根据权利要求2所述的旋流精馏塔，其特征在于，所述第一进液口(21)的设置高度低于所述第二进液口(23)的设置高度，以使得所述预热腔、所述预热液出口(22)和预热管道形成U型管路；

所述第一进液口(21)、第二进液口(23)和所述预热液进口均设有多个，多个所述第一进液口(21)和多个所述第二进液口(23)沿所述塔体(2)高度交替间隔设置。

6.根据权利要求2－5任一项所述的旋流精馏塔，其特征在于，所述第二进液口(23)、所述第一进液口(21)和所述预热液出口(22)的上端均设有温度传感器。

7.根据权利要求2－5任一项所述的旋流精馏塔，其特征在于，所述旋叶片(3)的上表面沿所述旋叶片(3)的螺旋方向间隔设有多个堵流坝，所述堵流坝的长度方向与所述旋叶片(3)的宽度方向一致。

8.根据权利要求1－5任一项所述的旋流精馏塔，其特征在于，所述塔体(2)底部开设有连通所述汽化腔和所述蒸发罐(1)的排污口，所述排污口上设有阀门。

9.一种推挽旋流精馏系统，其特征在于，包括；

权利要求1至8任一项所述的旋流精馏塔，所述旋流精馏塔的塔体(2)上端设有出气口，乙醇在所述旋流精馏塔内吸热汽化后从所述出气口排出；

第一冷凝结构，所述第一冷凝结构包括冷凝器(6)、换热器(8)、压缩机(7)和膨胀阀(9)；所述冷凝器(6)设置于所述旋流精馏塔的上方，所述冷凝器(6)内设有冷凝腔和换热腔，所述冷凝腔的进口与所述出气口连通，所述换热腔内设有冷媒，所述冷凝器(6)的外周壁设有与所述换热腔连通的冷媒出口和冷媒进口，所述冷媒出口与所述压缩机(7)进口连通，所述压缩机(7)出口与所述换热器(8)进口连通，所述换热器(8)出口通过所述膨胀阀(9)与所述冷媒进口连通，所述换热器(8)与所述旋流精馏塔的蒸发罐(1)实现热交换以为所述蒸发罐(1)提供热量；

第二冷凝结构(10)，所述第二冷凝结构(10)的进口与所述冷凝器(6)出口连通，所述第二冷凝结构(10)设有第一浓度出口(101)和第二浓度出口(102)，所述旋流精馏塔的上端侧壁上开设有回流口，所述第一浓度出口(101)与所述回流口通过回流管道连通；

储罐(12)，所述第二浓度出口(102)与所述储罐(12)连通，乙醇气体从所述出气口流出后，依次经过所述第一冷凝结构和所述第二冷凝结构(10)液化后，从所述第二浓度出口(102)流进所述储罐(12)内。

10.根据权利要求9所述的推挽旋流精馏系统，其特征在于，所述回流口包括第一回流口和第二回流口，所述第一回流口和所述第二回流口沿所述旋流精馏塔的高度方向间隔分布；

所述回流管道包括主流管、第一分流管和第二分流管，所述主流管的一端与所述第一浓度出口(101)连通，所述主流管的另一端连接有三通接口，所述主流管上设有密度计(103)；所述第一分流管的一端和所述第二分流管的一端通过所述三通接口与所述主流管的另一端连通，所述第一分流管的另一端与所述第一回流口连通，所述第二分流管的另一端与所述第二回流口连通，所述第一分流管上设有第一浓度转子流量计，所述第二分流管上设有第二浓度转子流量计。