1、 毕业设计开题报告 化学工程与工艺 日产 3 万吨甲苯 -乙苯精馏工艺的设计 一、 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 塔设备是炼油、化工、石油化工等生产中广泛应用的气液传质设备 1。根据塔内气液接触部件的结构型式，可分为板式塔和填料塔。板式塔内设置一定数目的塔板，气体以鼓泡或喷射形式穿过板上液层进行质热传递，气液相组成呈阶梯变化，属逐级接触逆流 操作过程。填料塔内装有一定高度的填料层，液体自塔顶沿填料表面下流，气体逆流向上（也有并流向下者）与液相接触进行质热传递，气液相组成沿塔高连续变化，属微分接触操作过程 。 工业上对塔设备的主要要求是：（ 1）生产能力大；（ 2）传热、传质效
2、率高；（ 3）气流的摩擦阻力小；（ 4）操作稳定，适应性强，操作弹性大；（ 5）结构简单，材料耗用量少；（ 6）制造安装容易，操作维修方便。此外，还要求不易堵塞、耐腐蚀等 3。 板式塔大致可分为两类：（ 1）有降液管的塔板，如泡罩、浮阀、筛板、导向筛板、新型垂直筛板、蛇形、 S 型、多降液管塔板；（ 2）无降液管的塔板，如穿流式筛板（栅板）、穿流式波纹板等 2。工业应用较多的是有降液管的塔板，如浮阀、筛板、泡罩塔板等 3，更提出了斜空塔和浮动喷射塔等 新塔型。带有中间贮槽的间歇精馏塔，作为一种新型的复合塔器，为我们提出了一种新的操作方式，它合理地利用了间歇精馏的动态特性，为多组元物系的分离提供
3、了更好的选择。近年来还发展了存在多个中闻贮槽的复合塔，实现更为复杂的分离过程。作为一个复杂过程，还有待于深入研究其优化操作问题，不能仅局限于用模仿连续精馏的方法，可以用最小能量消耗为目标参数进行优化。对这种复杂塔设计和优化也应是进一步研究的方向。研究人员提出当代化工产业的发展除了依靠传统化工技术外，还需依靠计算机技术寻求一个基于理论的工艺设计和开发创新的方法。比如计 算流体力学的发展和计算机技术的普及应用，使得这一思路有了保证。应用计算流体力学方法能把传统实验所需的人力、物力及财力降低到最低限度，从而带来一场工业设计的突破，这将成为今后工艺设计新的发展方向 4 本次设计主要是对甲苯 -乙苯蒸馏
4、工艺的设计，包括精馏塔的物料衡算，塔板数的确定，精馏段和提留段计算，塔结构尺寸设计等内容。本次设计的塔主要用来分离甲苯和乙苯。 甲苯是最简单，最重要的芳烃化合物之一。在空气中，甲苯只能不完全燃烧，火焰呈黄色。甲苯的熔点为 -95 ，沸点为 111 。甲苯带有一种特殊的芳香味（与苯的 气味类似），在常温常压下是一种无色透明，清澈如水的液体，密度为 0 866 克厘米 3，对光有很强的折射作用（折射率： 1,4961）。甲苯几乎不溶于水 (0,52 g/l)，但可以和二硫化碳，酒精，乙醚以任意比例混溶，在氯仿，丙酮和大多数其他常用有机溶剂中也有很好的溶解性。甲苯的粘性为 0,6 mPa s，也就是
5、说它的粘稠性弱于水。甲苯的热值为 40.940 kJ/kg，闪点为 4 ，燃点为 535 。 乙苯（ ethylbenzene）一种 芳烃 。分子式 C6H5C2H5 。存在于 煤焦油 和某些柴油中。易燃，其 蒸汽 与空气可形成 爆炸性混合物 。遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。 乙苯的熔点为 -94.9，沸点为 136.2。它是一种 无色液体，有芳香气味 ， 相对密度 (水 =1)： 0.87。乙苯 不溶于水， 但 可混溶于 乙醇 、醚等多数 有机溶剂 5。 分离甲苯和乙苯 ，可以利用二者沸点的不同，采用塔式设备改变其温度，使其分离并分别进行回收和储存。板式精馏塔、浮法塔都是
6、常用的塔类型，可以根据不同塔各自特点选择所需要的塔 6。 筛板是在塔板上钻有均布的筛孔，呈正三角形排列。上升气流经筛孔分散、鼓泡通过板上液层，形成气液密切接触的泡沫层（或喷射的液滴群）。筛板塔是 1932 年提出的，当时主要用于酿造，其优点是结构简单，制 造维修方便，造价低，气体压降小，板上液面落差较小，相同条件下生产能力高于浮阀塔，塔板效率接近浮阀塔。其缺点是稳定操作范围窄，小孔径筛板易堵塞，不适宜处理粘性大的、脏的和带固体粒子的料液。但设计良好的筛板塔仍具有足够的操作弹性，对易引起堵塞的物系可采用大孔径筛板，故近年我国对筛板的应用日益增多，所以在本设计中设计该种塔型。 塔设备是化工、炼油生
7、产中最重要的设备之一。塔设备的设计和研究，已经受到化工行业的极大重视。在化工生产中，塔设备的性能对于整个装置的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废处理和环境保 护等各个方面，都有非常重大的影响。 精馏过程的实质就是迫使混合物的气、液两相在塔体中作逆向流动，利用混合液中各组分具有不同的挥发度，在相互接触的过程中，液相中的轻组分转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相，从而实现液体混合物的分离。 因此精馏塔操作弹性的好坏直接关系到石油化工企业的经济效益 二、研究的基本内容，拟解决的主要问题： 设计方案包括精馏流程、设备的结构类型和操作参数等的确定。例如组分的分离顺序、塔设备的形式、操作压力
8、、进料热状态、塔顶蒸气的冷凝方式、余热利用的方案、塔主体尺寸的计算、塔板结构尺寸的 确定、流体力学验算、操作性能负荷图、各接管尺寸的确定、 安全等。 本次设计主要是对甲苯 -乙苯蒸馏工艺的设计 。根据设计条件以及给出的数据描述出塔温度的分布，求得最小回流比以及塔顶的相对挥发度、塔釜的相对挥发度、全塔平均相对挥发度，又根据物料平衡公式分别计算出精馏段和提馏段的汽、液两相的流量。之后，计算塔板数、塔径等。根据这些计算结果进行了塔板结构的设计等。计算和设计这些之后进行了有关的力学性能计算和一系列的校核。 三、研究步骤、方法及措施： 1.通过查找资料，分析资料确定选题范围及论文题目。 2.通过指导老师
9、指 导，结合调研和资料整理分析、撰写开题报告、外文翻译和文献综述。 3.根据开题报告写作思路草拟论文提纲。 4.根据论文提纲进一步查找资料，撰写论文初稿。 5.根据论文初稿，收集的资料，修改成稿。 四、参考文献 1 黄英 ,王艳丽 化工过程开发与设计 M 北京： 化学工业出版社 ,2008.55-65 2 李功样，陈兰英，崔英德主编 .常用化工单元设备设计 . 广州：华南理工大学出版社， 2003.4 45-50 3 孙宗海，瞿国华，张溱芬石油芳烃工艺与技术 M北京：化学工业出版社，1986 36-45 4 时钧，汪家鼎，余国琮，陈敏恒主编 .化学工程手册 (上卷 ). 北京：化学工业出版社
10、2002.1 45-48 5 刘光启，马连湘，刘杰主编 .化学化工物性数据手册 (有机卷 ). 北京：化学工业出版社， 2002.5 35-45 6 王松汗主编 .石油化工设计手册 .北京：化学工业出版社， 2005 56-60 7 王志魁 .化工原理 M 北京： 化学工业出版社 ,2004 75-80 8 谭天恩，窦梅，周明华等编著 .化工原理 (第三版上、下 ). 北京：化学工业出版社 ,2006.7 40-50 9 姚炳佳 ;杨立 ;胡琼 ; Shigendo Akitaba. Cloud Point Extraction of Polycyclic Aromatic Hydrocarb
11、ons in Aqueous Solution with Silicone Surfactants, Chinese Journal of Chemical Engineering, 编辑部邮箱 2007 年 04 期 . 10 Cludia C. Cassol 1, Alexandre P. Umpierre 1, Gnter Ebeling 1, Bauer Ferrera 2,Sandra S. X. Chiaro 2 and Jairton Dupont 1,On the Extraction of Aromatic Compounds from Hydrocarbons by Imidazolium Ionic Liquids
