一种多通路的螺旋板式高精度精馏装置及精馏工艺的制作方法

本发明涉及沸腾循环精馏领域，具体为一种多通路的螺旋板式高精度精馏装置及精馏工艺。

背景技术：

1、n-甲基吡咯烷酮（nmp）是一种选择性强、稳定性好的极性非质子传递溶剂，沸点为202℃（常压），具有毒性低、溶解力强、不易燃等优点，广泛用于锂电池电极涂布、半导体光刻胶制造、芳烃萃取、医药中间体生产等领域。然而，nmp在高温下易发生热分解和聚合反应，影响产品纯度和收率，因此nmp的精馏提纯通常需要在高真空、低温条件下进行。精馏塔是实现气液分离的核心设备，传统的板式塔（如筛板塔、浮阀塔）和填料塔在应用于高真空低温精馏时存在诸多技术瓶颈。首先，板式塔的板间距通常较大（传统筛板塔板间距一般为300-600mm），导致全塔高度大、压降高。在高真空条件下，较大的全塔压降意味着塔釜必须维持更高的操作温度才能提供足够的传质推动力，这会加剧nmp的热分解。其次，规整填料虽然具有较低的压降（约0.3-1.0kpa/m），但其理论板当量高度（hetp）通常为0.2-0.4m，对于需要高理论板数的分离任务，填料层高度仍然较大。

2、近年来，研究者尝试通过减小板间距来降低塔高和压降。然而，板间距的减小受到液泛极限的制约：当板间距过小时，气体夹带液滴的现象急剧加剧，气液通量大幅下降，塔板无法正常操作。此外，板间距减小后，气液接触时间和接触面积也随之减少，传质效率下降。因此，传统塔板面临“小型化”与“效率提升”之间的尖锐矛盾--板间距越小，通量越受限、传质效率越差，形成技术悖论。综上所述，现有螺旋板式精馏塔、板式精馏设备存在以下固有缺陷：

3、单层板式塔板无强制导流结构，液相垂直短路下落占比超60%，气液有效接触路径短，传质效率差，同等塔径处理量与提纯精度偏低；传统板式塔采用多层水平塔板与降液管结构，气液分段传质，存在显著结构性短板：传质路径短、气液接触不充分，单次分离效率低，难以实现超高纯物料提纯，填料塔依靠填料堆积形成传质面积，适配低压降工况，但适配性极差：填料间隙细小密集，针对含杂质、易结晶物料极易堵塞板结，且内部死角多、清洗困难，耗材更换成本高、停机损耗大；存在严重壁流效应，液相分布不均、气液传质随机性强，提纯稳定性差；无强制导流与循环传质结构，提纯精度上限低，高粘度、高杂质物料易造成填料塌堆、流道紊乱，无法适配长期高温连续精馏工况。

4、综上所述，现有精馏装置因单层板结构缺乏层间强制导流手段，存在液相垂直短路严重、气液有效接触路径短、传质效率低、同等塔径下处理量与提纯精度偏低等固有缺陷，同时还面临分离纯度上限不足、长轴运行稳定性差、筛孔易堵塞、多级精馏能耗高等技术问题，难以适配高端精细化工、医药原料及电子级溶剂的连续高精度精馏工况。因此，急需开发一种能够有效解决液相垂直短路、显著提升气液传质效率与分离精度的新型螺旋板式高精度精馏装置。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多通路的螺旋板式高精度精馏装置及精馏工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、一种多通路的螺旋板式高精度精馏装置及精馏工艺，包括精馏罐筒体、中心支撑主管、低速旋转驱动机构、塔顶除沫冷凝收集单元、循环再沸单元，所述精馏罐筒体的上下两端均固定安装有密封部件，所述中心支撑主管转动卡设在两个密封部件中心位置，密封部件用于实现中心支撑主管的转动密封；

3、所述中心支撑主管上固定安装有多组均匀分布的螺旋传质部件，所述螺旋传质部件包括第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件，所述第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件之间形成螺旋气相夹层通道，所述精馏罐筒体的底端一侧设置有塔底气相入口，所述塔底气相入口与多个气相夹层通道均连通。

4、进一步地，所述第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件上开设有多个均匀分布的导流槽，所述第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件上还开设有多个均匀分布的传质筛孔，所述传质筛孔和导流槽交错分布，所述第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件上均固定安装有多个溢流堰，所述第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件之间固定连接有多组导流短管，每组导流短管的数量均设置为多个，导流短管贯穿第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件。

5、进一步地，所述密封部件包括轴承保护罩，所述轴承保护罩的外部套设有橡胶密封套，所述轴承保护罩嵌入精馏罐筒体的内部，所述轴承保护罩远离精馏罐筒体的一侧固定安装有连接盘，所述连接盘上固定安装有带座调心轴承，所述中心支撑主管转动卡设在调心轴承的中部，所述橡胶密封套的下方设有尼龙挡板，所述尼龙挡板的下方设有转轴连接块，所述中心支撑主管贯穿轴承保护罩和橡胶密封套后固定安装在转轴连接块的中部，所述尼龙挡板通过沉头螺丝固定安装在轴承保护罩上，尼龙挡板将橡胶密封套紧密压合在轴承保护罩的外部，所述轴承保护罩的内部固定安装有用于增加轴承保护罩和中心支撑主管之间密封性的四氟加碳纤维泛塞封，所述连接盘上固定安装有温度传感器，所述温度传感器贯穿连接盘、橡胶密封套、轴承保护罩后延伸至精馏罐筒体的内部，所述精馏罐筒体的中部也固定安装有温度传感器。

6、进一步地，所述低速旋转驱动机构包括双十字万向联轴器、减速机、防爆驱动电机，所述双十字万向联轴器的一端与减速机的输出端啮合安装，所述双十字万向联轴器远离减速机的一端与转轴连接块啮合安装，所述减速机的输入端与防爆驱动电机的输出端固定安装，所述防爆驱动电机外接有水冷部件。

7、进一步地，所述精馏罐筒体的顶端两侧分别设置有塔顶气相出口和塔顶气相回流口，所述精馏罐筒体的内部与塔顶气相出口和塔顶气相回流口对应的位置均固定安装有气相穿板部件，所述气相穿板部件包括密封壳体和分离板，所述分离板上开设有多个均匀分布的分离孔，所述分离板的上表面使用激光表面处理工艺做疏水处理，所述分离板的下表面喷涂有亲水涂料。

8、进一步地，所述塔顶气相出口的外部包覆有保温管道，所述塔顶气相出口上固定安装有第一切断阀，所述塔顶气相回流口上固定安装有除沫网，所述塔顶气相回流口上还固定安装有第二切断阀，所述精馏罐筒体的底端远离塔底气相入口的一侧设置有塔釜废液出料口，所述塔釜废液出料口上安装有电磁阀，所述塔底气相入口上安装有气动调节阀。

9、进一步地，所述循环再沸单元包括冷凝器、原料预热器、再沸器、储液罐组、过滤器，所述塔顶气相回流口通过管道与冷凝器的输入端连接，所述冷凝器的输出端通过管道与回流罐的输入端连接，所述回流罐的输出端通过管道与原料预热器的输入端连接，所述原料预热器的输出端串联有带动物料循环的泵体，所述泵体的输出端通过管道与过滤器的输入端连接，所述过滤器的输出端通过管道与塔底气相入口连接。

10、进一步地，所述精馏罐筒体上安装有加热循环气体的再沸器，所述再沸器位于塔底气相入口的上方，所述原料预热器的输入端还通过管道连接在储液罐组的输出端，所述储液罐组的输入端与上一相邻本装置的保温管道固定连接，所述精馏罐筒体的中下部固定安装有检修口。

11、进一步地，所述传质筛孔的孔径2-3mm，传质筛孔呈正三角且阵列排布在对应的第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件表面，导流槽并非贯穿第一螺旋传质内件或第二螺旋传质内件，导流槽只位于第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件的上表面，所述精馏罐筒体的内部顶端固定安装有绝压变送器，所述精馏罐筒体上安装有压差变送器，压差变送器的正压侧与精馏罐筒体的底端连通，压差变送器的负压侧与精馏罐筒体的顶端连通。

12、一种精馏工艺，采用了多通路的螺旋板式高精度精馏装置，包括以下步骤：

13、s1、初次汽化进料：物料经循环再沸单元完全汽化为气液相，由塔底气相入口通入螺旋气相夹层通道，沿螺旋气相夹层通道自下而上流动；

14、s2、逆向传质分离：螺旋气相夹层通道内蒸汽穿透第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件上的传质筛孔，与板面液相逆向鼓泡接触，液相经第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件之间连通的导流短管强制沿螺旋坡面向下流动；

15、s3、回流净化冷凝：携带轻组分的气相上升至塔顶穿过塔顶气相回流口后经除沫网脱除雾滴杂质，开启循环管路阀门进入冷凝器完全液化，液化回流液统一收集至回流罐；

16、s4、闭环多次循环提纯：回流液送入循环再沸单元再次沸腾汽化，高温蒸汽重新通入塔底气相入口完成一轮循环，重复循环3-8次提升物料纯度；

17、s5、高温无降温多级输送：物料纯度达标后，关闭第二切断阀，开启第一切断阀，高温液态回流液直接送入下级精馏罐筒体进行高温沸腾深度分离；

18、s6、连续自清洁运行：低速旋转驱动机构持续带动螺旋传质部件低速旋转，扰动板面液膜抑制结晶堵塞；

19、s7、将nmp废液经预热后送入精馏罐筒体的上部，在精馏罐筒体内，液体沿多个第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件的表面铺展形成液膜，控制精馏罐筒体内部的操作压力为1kpa-10kpa，精馏罐筒体内部底端的操作温度为80℃-120℃，精馏罐筒体内部顶端的操作温度为40℃-80℃；

20、s8、所述第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件的单板压降为50pa-200pa，单板的默弗里效率为60%-85%，理论板当量高度为0.05m-0.15m。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、1.本装置通过设置螺旋传质部件，第一螺旋传质内件和第二螺旋传质内件之间连通导流短管，强制液相沿螺旋长路径下行，杜绝液相垂直短路；传统单层螺旋板液相短路率超60%，本装置液相短路率＜8%，气液有效接触时长提升2.1-2.8倍，同等塔径下处理量更高，提纯效率也会同步提高；

23、2.构建塔顶除沫-冷凝收集-二次再沸-塔底气相进塔完整闭环循环体系，物料可多次汽化、多层气液传质；传统单层螺旋塔单次回流产品纯度最高95%，本装置循环5次纯度可达99%以上，提纯上限提升4%，可稳定制备超高纯医药、电子级有机溶剂；

24、3.传统两点支撑长轴运行径向偏移3-5mm；本发明顶部、底部止推多点调心组合支撑，运行径向偏移≤0.3mm，无偏心、无剐蹭；设备连续运行寿命提升，大幅降低轴承、螺旋板更换维护成本；

25、4.激光光滑微孔配合螺旋板低速旋转扰动液膜协同防堵；传统固定填料板22-25天必须停机清洗，本发明采用反向切割气流减少停机损耗，提升生产线产能；

26、5.传统中转降温再加热工艺，多级处理能耗增加20%-25%；本发明双路切换管路实现高温物料无中转直送下级罐体，无需重复升温，整套多级精馏系统能耗降低15%-22%；省去中转储罐，成套设备占地空间体积大幅缩减；

27、6.整机接触物料部件均采用316l不锈钢，耐醇、酯、有机酸腐蚀，适配多类精细化工、医药原料提纯；筒体侧壁设置检修手孔，设备冲洗、筛孔清理维护便捷；多点轴承配套外置注油嘴，无需开罐即可加注润滑油脂。