板式精馏塔开题报告

1、职业技术学院神木校区毕业设计（论文）开题报告板式精馏塔的设计年级:13级学号:13080355姓名:*专业:应用化工指导老师 :职业技术学院印制二零一六年五月一、说明选题意义、国外研究现状、主要研究容及技术方法1. 选题的意义精馏塔是炼油、化工、使用化工、生物化工等生产中最重要的设备之一，是进行精馏的一种塔式汽液接触装置，又称为蒸馏塔。主要有板式塔与填料塔两种类型。根据操作方式又可分为连续精馏塔与间歇精馏塔。 气液传质设备主要可分为板式塔和填料塔两大类。精馏操作既可以采用板式塔，也可以采用填料塔。 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、

2、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。目前从国外实际使用情况看， 主要的塔板类型为浮阀塔、 筛板塔和泡罩塔， 而前两者使用比较广泛。（1）筛板塔筛板塔也是传质过程常用的塔设备，它的主要优点有：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；处理能力大，比同塔径的泡罩塔可增加1015

3、；塔板效率高，比泡罩塔高15左右。压降较低，每板压力比泡罩塔约低30。筛板塔的缺点是：塔板安装的水平度要求比较高，否则气液接触不匀；操作弹性比较小 (约 23)；小孔筛板容易堵塞。（2）浮阀塔浮阀塔是在泡罩塔的基础上发展起来的，它主要的改进是取消了升气管和泡罩，在塔板开孔上设有浮动的浮阀，浮阀可根据气体流量上下浮动，自行进行调节，使气缝速度稳定在某一数值。这一改进使浮阀塔在操作弹性、塔板效率、压降、生产能力以及设备造价等方面比泡罩塔优越。但在处理粘稠度大的物料方面，又不及泡罩塔可靠。浮阀塔广泛用于精馏、吸收和脱吸等传质过程中。塔径从 200 mm 到 6400 mm，使用效果均较好。国外浮阀塔

4、径，大者可达 10 m，塔高可达 80 m，塔板数有的多达数百块。 浮阀塔之所以这样广泛地被采用，是因为它具有下列特点：处理能力比较大，比同塔径的泡罩塔可增加 2040，而接近于筛板塔；操作弹性大，一般约为 5 9，比筛板、泡罩、舌形塔板的操作弹性要大得多；400 660N/m2；塔板效率高，比泡罩塔高 15左右；压强小，在常压塔中每块板的压强降一般为液面梯度小；使用周期长。粘度稍大以及有一般聚合现象的系统也能正常操作；结构简单，安装容易，制造费为泡罩塔板的 6080，为筛板塔的 120130。精馏塔是用来分离多组分系统的单元操作过程， 它可使气液或液液两相之间进行紧密接触，利用液体混合物中各

5、组分挥发度的不同并借助于多次部分汽化和部分冷凝达到轻重组分分离达到提纯或回收其中的有用组分的目的， 研究精馏塔的操作就是为了更好的使得两种组分或多组分分离开来，得到高纯度的分离产品。但是，为了满足工业生产的需要，塔设备还得具备下列各种基本的要求：气 (汽)、液处理量大，即生产能力大时，仍不致发生大量的雾沫夹带、拦液或液泛等破坏操作的现象；操作稳定，弹性大，即当塔设备的气 (汽)、液负荷有较大围的变动时，仍能在较高的传质效率下进行稳定的操作并保证长期连续操作所必须具有的可靠性；流体流动的阻力小，即流体流经塔设备的压力小，这将大大节省动力消耗，从而降低操作费用。对于减压精馏操作，过大的压力降还将使

6、整个系统无法维持必要的真空度，最终破坏物系的操作；结构简单，材料耗用量小，制造和安装容易；耐腐蚀和不易堵塞，方便操作、调节和检修；塔的滞留量要小。2. 国外研究现状为了加强工业技术的竞争力，长期以来，各国都在加大塔的研究力度，如今在我国常用的板式塔中主要为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔和舌型塔等。填料种类除拉西外，阶梯环以及波纹填料、金属丝网填料等规整填料也经常采用。更加强了对筛板塔的研究，提出了斜空塔和浮动喷射塔等新塔型。同时我国还进口一些新塔型设备，这些设备的引进也带动了我国自己的塔设备的科研，设计工作，加速了我国塔技术的开发。国外关于塔的研究如今已经放慢了脚步， 是因为已经研究出了塔盘的效率并不

7、取决于塔盘的结构，而是主要取决于物系的性质，如：挥发度、粘度、混合物的组分等。国外已经转向研究 “在提高处理能力和简化结构的前提下， 保持适当的操作弹性和压力降，并尽量提高塔盘的效率。 ”在新型填料方面在努力的研究发展有利于气液分布均匀、高效和制造方便的填料。经过我国这些年的努力，在塔研究方面与国外的差距正在不断减小。3. 主要研究容及技术方法设计一座苯 甲苯连续精馏塔， 要求塔顶产品的苯含量不低于95，塔底馏出液含苯不得高于 2，原料液中含苯35（以上均为摩尔分数）。（1）设计条件如下 塔顶压力：常压（表压）； 进料热状态：自选； 回流比： R=（1.12.0）Rmin； 单板压降： 0.7

8、 kPa； 塔板类型：筛板塔；（2）设计容 精馏塔的物料衡算； 塔板数的确定； 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算； 精馏塔的塔体工艺尺寸计算； 塔板主要工艺尺寸的计算； 塔板的流体力学验算； 绘制生产工艺流程图。（3）设计思想设计一座筛板式精馏塔，通过对原料、产品的要求和物性参数的确定及对主要尺寸的计算，工艺设计和附属设备结果造型设计，来完成对苯和甲苯精馏工艺流程和主题设备设计。首先根据设计任务，确定设计条件。比如：操作压力的确定、进料状态的确定等。然后设计工艺流程草图。根据确定的方案，确定具体的参数，即一个完整的设计就初步确定了。最后计算塔的工艺尺寸、塔板的负荷性能，最后根据计算选择合适

9、的辅助设备。二、课题研究的方案设计1. 方法（1）上网查资料，在课本、参考文献上找资料；（2）学习及熟悉 AUTOCAD 软件；（3）和同学、老师讨论。2. 设计方案的确定本设计任务为分离苯 -甲苯混合物。对于二元混合物的分离，应采用连续精馏流程。设计中采用气液混合物进料，将原料液通过预热器加热至温度后送入精馏塔。塔顶上升蒸气采用全凝器冷凝，冷凝液在泡点下一部分回流至塔，其余部分作为塔顶产品冷却后送至储罐。该物系属易分离物系， 最小回流比较小， 故操作回流比取最小回流比的 2 倍。塔釜采用间接蒸汽加热，塔底产品经冷却后送至储罐。确定设计方案是指确定整个精馏装置的流程、各种设备的结构型式和某些操

10、作指标。例如组分的分离顺序、塔设备的型式、操作压力、进料热状态、塔顶蒸汽的冷凝方式、余热利用方案以及安全、调节机构和测量控制仪表的设置等等。（1）操作压力蒸馏操作通常可以在常压、加压和减压下进行。确定操作压力时，必须根据物料的性质，兼顾技术上的可行性和经济上的合理性进行考虑。例如，采用减压操作有利于分离相对挥发度较大组分及热敏性的物料，但压力降低将导致塔径增加，而且还需要使用抽真空的设备。对于沸点低、在常压下为气态的物料，则应在加压下进行蒸馏。当物性无特殊要求时，一般是在稍高于大气压下操作。但在塔径相同的情况下，适当地提高操作压力可以提高塔的处理能力。有时应用加压蒸馏的原因，则在于提高平衡温度

11、后，便于利用蒸汽冷凝时的热量，或可用较低品位的冷却剂使蒸汽冷凝，从而减少蒸馏能量的消耗。（2）进料状态进料状态进料状态进料状态进料状态与塔板数、塔径、回流量及塔的热负荷都有密切的联系。在实际的生产中进料状态有很多种，但一般都将料液预热到泡点或接近泡点才送入塔中，这主要是由于此时塔的操作比较容易控制，不致受季节气温的影响。此外，在泡点进料时，精馏段与提馏段的塔径相同，为设计和制造上提供了方便。（3）加热方式蒸馏釜的加热方式通常采用间接蒸汽加热，有时也可采用直接蒸汽加热。若塔底产物近于纯水，而且在浓度稀薄时溶液的相对挥发度较大 (如酒精与水的混合液 )，便可采用直接蒸汽加热。直接蒸汽加热的优点是：

12、可以利用压力较低的蒸汽加热；在釜只须安装鼓泡管，不须安置庞大的传热面。这样，可节省一些操作费用和设备费用。然而，直接蒸汽加热，由于蒸汽的不断通入，对塔底溶液起了稀释作用，在塔底易挥发物损失量相同的情况下，塔底残液中易挥发组分的浓度较低，因而塔板数稍有增加。但对有些物系 (如酒精与水的二元混合液 )，当残液的浓度稀薄时，溶液的相对挥发度很大，容易分离，故所增加的塔板数并不多，此时采用直接蒸汽加热是合适的。 值得提及的一点是，采用直接蒸汽加热时，加热蒸汽的压力要高于釜中的压力，以便克服蒸汽喷出小孔的阻力及釜中液柱静压力。对于酒精水溶液，一般采用 0.40.7KPa（表压）。 饱和水蒸汽的温度与压力

13、互为单值函数关系，其温度可通过压力调节。同时，处饱和水蒸汽的冷凝潜热较大，价格较低廉，因此通常用饱和水蒸汽作为加热剂。但若要求加热温度超过 180时，应考虑采用其它的加热剂， 如烟道气或热油。 当采用饱和水蒸汽作为加热剂时，选用较高的蒸汽压力，可以提高传热温度差，从而提高传热效率，但蒸汽压力的提高对锅炉提出了更高的要求。同时对于釜液的沸腾，温度差过大，形成膜状沸腾，反而对传热不利。（4）冷却剂与出口温度冷却剂的选择由塔顶蒸汽的温度所决定。如果塔顶蒸汽温度低，可选用冷冻盐水或深井水作冷却剂。 如果能用常温水作冷却剂， 是最经济的。水的入口温度由气温决定，出口温度由设计者确定。冷却水出口温度取得高

14、些，冷却剂的消耗可以减少，但同时温度差较小，传热面积将增加。冷却水出口温度的选择由当地水资源确定，但一般不宜超过 50，否则溶于水中的无机盐将析出，生成水垢附着在换热器的表面而影响传热。（5）热能的利用精馏过程是组分反复汽化和反复冷凝的过程，耗能比较多，如何节约和合理地利用精馏过程本身的热能是十分重要的。 选取适宜的回流比，使过程处于最佳条件下进行，可使能耗降到最低。 与此同时，合理利用精馏过程本身的热能也是节约的重要举措。若不计进料、馏出液和釜液间的焓差，塔顶冷凝器所输出的热量近似等于塔底再沸器的输入热量，其数量是比较可观的。然而，在大多数情况，这部分热量由冷却剂带走而损失掉了。如果采用釜液

15、产品去预热原料，塔顶蒸汽的冷凝潜热去加热能级低一些的物料，可以将塔顶蒸汽冷凝潜热及釜液产品的余热充分利用。此外，通过蒸馏系统的合理设置，也可以取得节能的效果。例如，采用中间再沸器和中间冷凝器的流程，可以提高精馏塔的热力学效率。因为设置中间再沸器，可以利用温度比塔底低的热源，而中间冷凝器则可回收比塔顶高的热量。3. 设计路线塔型的选择 设计方案的确定 精馏塔的物料衡算 塔板数的确定 精馏塔的工艺条件及有关物性数据的计算 精馏塔的塔体工艺尺寸计算 塔板主要工艺尺寸的设计 筛板的流体力学验算4. 可行性论证（1）精馏塔节能优化的研究精馏塔研究容即控制目标是在保证产品质量合格的前提下，使塔的回收率达到

16、最高、能耗可以最低。当前精馏塔的节能低耗一直是理论及实践研究的热点和难点，经过众多科技人员的努力取得了如下一系列成果： 提高冷凝器或再沸器的换热效果； 应用多效精馏技术，改变多塔精馏过程的流程，减少其回流比从而改变精馏塔操作压力； 开发出替代普通板式塔和低效填料的高效规整填料； 将热泵技术应用于精馏塔节能控制中。（2）精馏塔控制策略的研究精馏过程是一种多变量系统， 其具有较长的死时延滞， 且变量之间多是相互关联的，所以对其进行动态分析是很复杂且很困难的，变量配对较困难，这些都导致了精馏过程的控制一直都是过程控制界的理论研究及实践的热点和难点。 精馏塔控制的相关研究主要集中于以下方面： 精馏过程

17、是非线性的，所以如何把非线性控制技术应用在精馏塔的控制中一直是研究热点； 智能控制方法，如模糊控制、神经网络等，在精馏塔控制中的应用； 精馏塔的控制系统设计。尤其是线性多变量控制技术、预测控制、自适应控制及鲁棒控制算法等的研究和开发； 精馏塔的节能控制中控制和优化策略的运用。三、主要进度安排1. 任务容（1）精馏塔的物料衡算；（2）塔板数的计算；（3）精馏塔的工艺条件及有关物件数据的计算；（4）精馏塔的塔板的流体力学核算；（5）塔板主要工艺尺寸的计算；（6）总塔高、总压降的计算；（7）塔板负荷性能图；（8）绘制生产工艺流程图；（9）绘制精馏塔设计条件图；（10）对设计过程的评述和有关问题的讨论

18、。2. 时间节点（1）开题报告；（一周）（2）文献阅读；（一周）（3）学习及熟悉 AUTOCAD 软件；（二周）（4）书写毕业设计论文；（三周）（5）绘制设备设计图；（三周）（6）按照规定整理论文，校核论文。（二周）3. 主要成果（1）让我理解该精馏塔的结构特点；（2）能根据工艺要求选择适当的类型；（3）确定精馏塔的基本尺寸；（4）选择适当的精馏塔的精馏段和提馏段；（5）确定精馏塔的塔温，回流量，塔压；（6）确定精馏塔的塔板数。四、参考文献目录1 近. 化工基础 . 高等教育， 2001.2 丽芬 . 化工原理 . 化工， 2007.3 津洋 .过程设备设计（第三版） .化学工业， 2010.4 谭蔚，聂清德化工设备设计基础 . 大学， 2008.5 国桓化工机械基础 . 化学工业， 2006.6 时鈞，汪家鼎 . 化学工程手册 . 化学工业， 1996.7 柴诚敬，国维，阿娜等 . 化工原理课程设计 . 科学技术， 2002.8 津洋 . 过程设备设计 . 化学工业， 2005.9 路秀林，王者相 . 塔设备 . 化学工业， 2004.10 匡国柱，史国才 .化工单元过程及设备课程设计 .化学工业， 2002.11 Al