开题报告 -

2. 课题研究的现状及发展趋势 气－液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可采用板式塔， 也可采用填料塔，板式塔为逐级接触型气－液传质设备，其种类繁多，根据塔板上 气－液接触元件的不同，可分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、 浮动舌形塔和浮动喷射塔等多种。板式塔在工业上最早使用的是泡罩塔(1813年)、 筛板塔(1832年)，其后，特别是在本世纪五十年代以后，随着石油、化学工业生产 的迅速发展，相继出现了大批新型塔板，如 S型板、浮阀塔板、多降液管筛板、舌 形塔板、穿流式波纹塔板、浮动喷射塔板及角钢塔板等。目前从国内外实际使用情 况看，主要的塔板类型为筛板塔、浮阀塔及泡罩塔，而前者使用尤为广泛。 筛板塔是板式塔的一种，其设计意图是一方面使汽液两相在塔板上充分接 触，以减小传质阻力，另一方面是在总体上使两相保持逆流流动，而在塔板上 使两相呈均匀的错流接触， 以获得更大的传质推动力。 其内装若干层水平 塔板， 板上有许多小孔，形状如筛；并装有溢流管或没有溢流管。操作时，液体由塔 顶进入，经溢流管（一部分经筛孔）逐板下降，并在板上积存液层。气体（或 蒸气）由塔底进入，经筛孔上升穿过液层，鼓泡而出，因而两相可以充分接触， 并相互作用。泡沫式接触气液传质过程的一种形式，性能优于泡罩塔。为克服 筛板安装水平要求过高的困难，发展了环流筛板；克服筛板在低负荷下出现 漏 液现象，设计了板下带盘的筛板；减轻筛板上雾沫夹带缩短板间距，制造出板 上带挡的的筛板和突孔式筛板和用斜的增泡台代替进口堰， 塔板上开设气体导 向缝的林德筛板。筛板塔普遍用作 H2S-H2O 双温交换过程的冷、热塔，应用于
方法，培养设计能力。 该过程构造简单，造价低廉，具有足够操作弹性，且具有较强的工程使用价值。该 过程的推广和普及，将加速我国工业生产过程节能技术的进步，带动一大批的相关 技术和产业的发展。
二
设计方案
ห้องสมุดไป่ตู้
研究的内容： 主要研究工艺设计和设备设计两方面的内容。 1.工艺计算 （1）物料衡算 （2）塔板数确定：理论板层数；实际板层数 （3）工艺条件及相关物性数据计算：操作压力；操作温度；平均摩尔质量； 平均密度；液体平均表面张力；液面平均粘度 （4）塔体的工艺尺寸计算 （5）塔板的工艺尺寸计算 2.设备设计 （1）筒体设计 （2）封头设计 （3）开孔设计 （4）开孔补强 （5）裙座的选择 （6）辅助装置及附件：除沫器；梯子手柄；操作平台 研究的目标：设计效率、经济、安全等各方面实用可靠的精馏塔及相关附属设备， 跟实际的生产相符合。
对于普通精馏难以（或不能）分离的物料，开发萃取精馏和恒沸精馏的分离工 艺，将精馏与反应结合开发反应精馏也是个值得重视的研究领域，这对于拓宽精馏 的应用范围，提高经济效益有较大意义。 随着精细化工的发展，间歇精馏应用也更加广泛，其研究也得到了应有的重视。 开发各种新的操作模式，对于节省能耗和缩短操作时间有明显的效果。塔中持液量 的间歇精馏膜模拟计算研究有一定进展，对于设计和指导操作有较大意义。 为开发更可靠的效率和压降等的模型，当前应强调实测数据，尤其是工业规模 的测试数据，这是建立和验证模型的基础。六七十年代，美国精馏研究公司等进行 了一系列工业规模试验，取得了十分有价值的实测数据，为各种模型的建立和现象 认识的深化奠定了重要基础。 精馏的研究工作一直十分活跃，而且不断取得成果。在各种新分离方法得到不 断开发和取得工业应用之际，在石油、天然气、石油化工、医药和农产品化学等工 业中所起的重要作用不会改变，作为主要分离方法的地位不会动摇。正如费尔在 1987年国际精馏会议上指出的：“如果混合物可以应用精馏分离，那么经济上可能 有吸引力的方法是精馏。”随着科学技术和工业生产水平的提高，精馏的应用天地 十分广阔，重要的通过不断努力，使其技术水平得到进一步提高，使其日趋完善。
河北联合大学 本科生毕业设计开题报告
题目：
12000t/a 苯-氯苯连续精馏塔设计
学 专 班 姓 学
院： 业： 级： 名： 号：
机械工程学院 过程装备与控制工程
指导教师：
2012 年
2
月
29
日
一
选题背景
1. 课题的背景 设计是工程建设的灵魂，对工程建设起着主导和决定性的作用，决定着工业现 代化的水平。工程设计是科研成果转化为现实生产力的桥梁和纽带，工业科研成果 只有通过设计，才能转化为现实的工业化生产力。设计是一项政策性很强的工作， 它涉及政治、经济、技术、环保、法规等诸多方面，而且还会涉及多专业及多学科 的交叉、综合和相互协调，是集体性的劳动。先进的设计思想、科学的设计方法和 优秀的设计作品是工程设计人员应坚持的设计方向和追求的目标。在设计中，设备 的设计是整个过程和装置设计的核心和基础，并贯穿于设计过程的始终，因此，熟 练掌握设备的设计方法是十分重要的。 精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在 化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。精馏过程在能量剂的驱动下（有时 加质量剂） ，使气、液两相多次直接接触和分离，利用液相混合物中各组分挥发度 的不同，使易挥发组分由液相向气相转移，难挥发组分由气相向液相转移，实现原 料混合液中各组分的分离。该过程是同时进行传质、传热的过程。 本次设计任务为设计一定处理量的精馏塔，实现苯－氯苯的分离。鉴于设计任 务的处理量不大，苯－氯苯体系比较易于分离，待处理料液清洁的特点，设计决定 选用筛板塔。本课程设计的主要内容是过程的物料衡算、热量衡算，工艺计算，结 构设计和校核。限于作者的水平，设计中难免有不足和谬误之处，恳请老师和读者 批评指正。 筛板塔是生产中最常用的板式塔之一。板式塔具有结构简单，制造和维修方便， 生产能力大，塔板压降小，板效率较高等优点。其早在1832年问世，长期以来，一 直被误以为操作范围狭窄，筛孔容易堵塞而收到冷遇。但是筛孔板结构结构简单， 造价低廉，在经济上有很大的吸引力。因此，从20世纪50年代以来，许多研究者对 筛孔板塔重新进行了研究。研究结果表明，造成筛板塔操作范围狭窄的原因是设计 不良（主要是设计点偏低、容易漏液） ，而设计良好的筛板塔是具有足够宽的操作 范围的。至于筛孔容易堵塞的问题，可采用大孔径筛板一得到圆满的解决。 20世纪60年代初，美国精馏研究公司（FRI）又以工业的规模，使用不同物系， 在不同操作压强下，广泛地改变了筛孔直径、开孔率、堰高等结构参数，对筛板塔
和研究，受到化工炼油等行业的极大重视。 作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气（汽）液两相充分接触，以获 得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项传 质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还得考虑下列各项要求： （1）生产能力大。在较大的气（汽）液流速下，仍不致发生大量的雾沫夹带、 拦液或液泛等破坏正常操作的现象。 （2）操作稳定、弹性大。当塔设备的气（汽）液负荷量有较大的波动时，仍能 在较高的传质效率下进行稳定的操作。并且塔设备应保证能长期连续操作。 （3）流体流动的阻力小。即流体通过塔设备的压力降小。这将大大节省生产中 的动力消耗，以及降低经常操作费用。对于减压蒸馏操作，较大的压力降还使系统 无法维持必要的真空度。 （4）结构简单、材料耗用量小、制造和安装容易。这可以减少基建过程中的投 资费用。 （5）耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修。 事实上，对于现有的任何一种塔型，都不可能完全满足上述所有要求，仅是在 某些方面具有独到之处。 根据设计任务书，此设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早出现的一种板式塔。 五十年代起对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐步掌握了筛板塔的性能，并形 成了较完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有下列优点：生产能力大 20－40%， 塔板效率高 10－15%，压力降低 30－50%，而且结构简单，塔盘造价减少 40%左右， 安装、维修都较容易。从而一反长期的冷落状况，获得了广泛应用。近年来对筛板 塔盘的研究还在发展，出现了大孔径筛板（孔径可达 20－25mm），导向筛板等多种 形式。 筛板塔盘上分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等几部分。工业塔常用的筛 孔孔径为 3－8mm，按正三角形排列，空间距与孔径的比为 2.5－5。近年来有大孔径 （10－25mm）筛板的，它具有制造容易，不易堵塞等优点，只是漏夜点低，操作弹 性小。 该课题使理论教学与实际应用相结合，有助于提高处理实际问题的能力。通过对 该课题的研究，可以加深对精馏过程基本原理的理解，熟练筛板精馏塔的工艺设计
蒸馏、吸收和除尘等。 筛板塔是传质过程常用的塔设备， 它的主要优点有： （1） 结构比浮阀塔更简单，易于加工，造价约为泡罩塔的60％，为浮阀塔的 80％左右。 （2）处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加10～15％。 （3）塔板效率高，比泡罩塔高15％左右。 （4） 压降较低，每板压力比泡罩塔约低30％左右。 筛板塔的缺点是： （1）塔板安装的水平度要求较高，否则气液接触不匀。 (2) 操作弹性较小(约2～3)。 (3)小孔筛板容易堵塞。 目前应用比较广泛的是林德筛板，它由美国联合碳化物公司的林德子公司开 发 ,最早应用于要求低压降的空分装置的精馏塔 ,1963 年后开始应用于乙苯- 苯 乙烯等精馏装置中。20 世纪70 年代有多家公司的120余台减压蒸馏塔采用了林德 筛板,其中超过5.0 m 塔径的就有45 台,最大的塔径为11.5 m。林德筛板在普通筛 板上有2 点重要改进 :一是在降液管液体出口处将塔板向上凸起 ,二是在塔板上增 设了百叶窗导向孔(国内称之为导向筛板)。这种改进增大了有效鼓泡面积,使塔板 操作由鼓泡型变为喷射型 , 在降低液面梯度的同时使气体分布均匀 ,从而使干板压 降减小、雾沫夹带减少、传质效率提高。目前 ,国内已有10余套装置使用了中运行 林德筛板。 精馏是应用最广的传质分离操作，其广泛应用促使其技术已相当成熟，但是 技术的成熟并不意味着今后不再需要发展而停滞不前。成熟技术的发展往往要花费 更大的精力，但由于其应用的广泛，每一个进步，哪怕是微小的，也会带来巨大的 经济效益。正因为如此，蒸馏的研究仍受到广泛的重视，不断取得进展。 提高精馏过程的热力学效率、节省能耗是一贯受到重视的研究领域，分离序列 的合成，在用热集成概念和夹点分析方法开发节能的分离过程和优化换热网络，在 具体分离过程中合理地应用热泵、 多效精馏、 中间再沸器和中间冷凝器等实现节能， 一直是得到广泛重视的活跃的研究领域。