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精馏技术研究进展及其工业应用终稿- 中国石油大学(北京)现代远程教育毕 业 设 计(论文).doc

  • 上传人:奥****文
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    1、 中国石油大学(北京)现代远程教育毕 业 设 计(论文)精馏技术研究进展及其工业应用姓 名: 学 号:性 别:专 业: 化学工程与工艺年 级:学习中心: 指导教师: 2022年7月31日中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)精馏技术研究进展及其工业应用摘 要精馏技术是从二元和多元液体混合物中分离纯粹物质的方法,已有5000多年的历史。现在在石油化工、化学、农用肥料、医疗产品等领域都被广泛应用。精馏技术拥有经济适用性和使用广泛性的优势,虽然现阶段技术发展的较为完善,但同样存在着设备操作性和经济投入型以及能源耗损都较高的弊端,占据资金和运行成本的50%以上。因此,对精馏技术进行研究,分析。

    2、精馏技术的研究进展和工业应用,促进精馏技术的进一步发展,具有重要的社会意义和经济价值。本文以精馏技术的研究进展和工业应用为主题,通过文献综述和调研,分析精馏技术原理,从精馏塔的类型、流体力学性能、传值性能、塔器大型化等四个方面对精馏相关技术进行分析,进一步拓展其在工业技术的应用。关键词:背景现状;研究分析;节能与强化;工业应用i中国石油大学(北京)现代远程教育毕业设计(论文)目 录第一章 前 言11.1 研究背景与意义11.2 精馏技术的原理1第二章 精馏技术的研究32.1 精馏塔的类型32.2 流体力学性能42.3 传质性能52.4 塔器大型化6第三章 精馏过程相关技术73.1 精馏过程节能。

    3、技术73.2 精馏过程强化技术7第四章 精馏技术的工业应用94.1 烷基化94.2 叠合过程94.3 烯烃选择性加氢94.4 酯转移104.5 环氧化物的水解10第五章 结 论12参考文献13致 谢14ii第一章 前 言1.1 研究背景与意义化学工业是当今国民经济发展的支柱型产业,在石化、化工、轻工、医药等领域的生产中,精馏技术是极其重要的分离操作,分离技术对化工生产过程中原料的净化、相关产品的提纯、产生的废物进行处理提供了技术支撑。而高粘度、易自聚、含固体颗粒等特殊成分的精馏,却是困扰生产的绊脚石。伴随着科学技术的发展,化学工程中的分离技术呈现出多元化的发展趋势,精馏就是其中应用最广泛、技术。

    4、最成熟的分离方式之一,在化工工业生产中扮演着重要角色。国家的精馏技术在研究和应用的过程中取得了极大进步,常规的化工分离技术包括精馏、吸收、萃取、结晶、吸附、膜分离等,能够极大的解决物料在塔板上流动困难、易发生堵塔、液泛的问题,提高产品质量和产品纯度,精馏塔在此技术发展的进程中,也体现出举足轻重的作用。我国精馏塔技术在基础研究与应用方面取得了巨大进步,精馏塔在化学工业中对能量的消耗是最大的,精馏分离的过程能源消耗占整个化学工业的40%,而国外发达国家的能源消耗却在10%以下,为了控制精馏过程中的节能操作,对精馏塔的结构、性能等进行了较为系统的调查研究,由此获得了丰富的实验数据和研究成果,为推动我。

    5、国化学工业的发展和经济效益的提高都具有重要的贡献。1.2 精馏技术的原理精馏一般在精馏塔进行,气液形状通过逆流接触进行相间电热传输。化学精馏技术是一种融合化学催化反应和精馏分离技术,通过精馏塔进一步实现非均质化学催化反应和精馏作用的新化工生产技术1。气液两种现象通过逆流接触传递物质间的电热。液相中的易失性成分进入气相,气相中的易失性成分进入液相,在塔顶可以得到非常纯的易挥发成分,在塔内可以得到基本上纯的易挥发成分。化学精馏技术还可以分为一般精馏技术和催化精馏技术两种。这里,一般的精馏技术是指利用气相和液相之间的传输过程,实现气相和液相在质量方面的推进,气液两相之间的成分浓度存在差别,从而进行分。

    6、离的化学过程。催化精馏技术利用气液两相之间的质量传递作用和反应作用过程。利用气象和液相之间的传递过程和浓度差反应效应,通过化学反应方式实现对气相和液相两者之间的平衡,由于气相和液相之间的成分浓度差和化学反应效果不同,实现了化学分离过程2。原料液添加到塔的中部,供给口以上的塔段,使上升蒸气中易挥发成分更浓厚,被称为精馏段。原料供给口以下的塔段,从下降液中提取容易挥发的成分,称为蒸馏段。从塔顶出来的蒸汽被冷凝,一部分冷凝液用回流液从塔顶返回精馏塔,剩下的蒸馏液是塔顶产品。塔下的液体通过再生气部分汽化,蒸气沿着塔上升,剩下的液体作为塔下的产品使用。这一系列的组成部分都是精馏技术的原理支撑。第2章 精。

    7、馏技术的研究2.1 精馏塔的类型精馏技术在工业中的广泛应用离不开精馏塔的存在,精馏塔按照内部的结构不同可以划分为板式塔和填料塔,在二十世纪七十年代以前板式塔的研究及应用处于领先地位,当进入七十年代之后填料塔便在板式塔研究的基础上应运而生,并且取得了极大进展。精馏塔伴随着板式塔和填料塔交替式发展,两者各有其优缺点,现呈现出并行发展的趋势。板式塔具有结构简单、适应性强、造价较低、易于放大等特点;填料塔具有高效率、高通量、低压降、低持液等优势。(1)板式塔板式塔最早的来源是在1813年由CELLIER专家第一次提出泡罩塔板,最早应用在酿造业,后来被推广到精馏、吸收等单元操作中。到19 世纪 30 年。

    8、代,研新的学者开发出了筛孔塔板,但是由于操作不易稳定并没有在工业中广泛应用。到 20 世纪 50 年代后,在筛孔塔板的结构和性能上进行优化后出现了浮阀塔板,因具有生产能力大、操作弹性大和传质效率高等优点已广泛应用于石油化工、气分等行业当中。(2) 填料塔填料分为散堆填料和规整填料两种类型,散堆填料的外型结构呈现出颗粒状,规整填料的外型结构则呈现出规则的几何图形,并且是堆砌整齐的填料。规整填料是一种在精馏塔内部按照数学的几何图形来分布规整的一种填料3。因为这种几何图形的接触面积要比其他的类型大,还具有压力小、热量传递效率高、内部填料均匀的特点,规整填料在填料塔中是比较常用的方式之一。追溯最早的类。

    9、型是金属规整填料,适用于脏物系的工艺流程,随刻科技和技术的发展,慢慢研究出塑料规整填料、陶瓷规整填料和碳纤维规整填料,广泛应用在空分、制药和反应精馏领域。规整填料具有效率高、压降低、操作弹性大、处理量大、适应性强等优点。散堆填料主要包括环形填料、鞍形填料、环鞍形填料及球形填料,1914年拉西环填料诞生、是填料塔进入科学发展轨道的新纪元;1948年鲍尔环填料的出现有效地解决了填料压力过高、传输效率过低的问题;在鲍尔环填料基础上改进出了阶梯环填料,重心低, 在随机乱堆过程中具有一定程度规则排列的特点,增加气相的湍动和液相的润湿,具有阻力小、通量大、性能优良的特点;1978年开发出了金属环鞍形填料,。

    10、分为弧鞍形与矩鞍形两种,他们的压力较低、流通量较大、填料的分布均匀,热量传递的效率高、操作的弹性和调换性能都比较大,;与此同时也出现了球型填料,各种类型的散队填料根据工业的技术水平提高,在气体净化、石油化工及焦化等领域的应用也越来越广泛。2.2 流体力学性能流体是气体和液体的总称,气液两相流场的分布会影响精馏塔的效率,二十世纪八十年代,大量研究人员开始尝试计算流体力学在精馏研究中的应用,密切观察精馏塔中的流体流动情况。(1) 板式塔流体力学性能气液两相流在塔板上的流动状态影响着塔板的传热效果和气液传质效率。通过流体力学计算,详细研究了气液两相流在塔板上的流动状态和传质过程。在泡沫状态和喷射状态。

    11、下,塔板的传热和传质效率都是最高状态。塔板压降影响精馏塔的操作性能、传质效率和能源耗损;漏液会导致塔板间液相混合,降低塔板效率,破坏精馏塔的正常运行,一般在设计模型时把塔板漏液的10%作为精馏塔的操作下限;形成雾沫夹带的原因是,当蒸馏塔在高空气速度下运行时,塔板下层的液体将通过气体输送到塔板顶层。这将导致雾化泡沫从机器中溢出。在模型设计中,10%的塔板雾沫夹带常被用作蒸馏塔的上限4。(2) 填料塔流体力学性能填料塔效率和填充填料流体力学性能和传质性能这两方面相关。压降、液泛气速、持液量及气液分布对填料塔的设计和操作参数的确定至关重要。在操作过程中,在重力势能的影响下,液体从塔顶流落到塔底,在塔。

    12、内的流通形成一种了流动的膜,塔内气体上升,液膜下降,出现的摩擦力造成了调料内部的压力差。液体喷洒达到一定的数量后,填料塔内部根据气速的不同可以分为恒持液量区、载液区、液泛区。假设气速不断增加,在临界点是,塔内的液体往下流动就会受到阻碍,使填料层的持液量不断增大,内部基本都是液体,从载点到泛点的载液区,是填料塔的正常操作范围。持液量即与两相流动相关,又与流体的物化性质相关,过程非常复杂,持液量的计算也只能靠经验来积累,总之不宜太小,也不宜太大。在泛点气速下,不断增加的持液量在液相状态下又分散慢慢聚集变成连续相,而气相与之相反,变为分散相,这个过程中气体由气泡形式通过液层,液体由此给带出填料塔。整。

    13、个的操作过程受其他因素影响较多,容易被破坏。填料的特性、流体的物性及操作的液气比都会导致液泛的出现,填料塔的操作一般控制在偏离泛点一定距离的载液区内,这样,既可得到较高的传质效率,填料层的压降也不会过大。2.3 传质性能气液两相穿越界面的传质过程,受界面性质、流体性质、流动状态等因素的影响,使气液传质过程变得非常复杂。在20世纪20年代Whitman 提出双膜理论模型,存在的缺陷是在传质开始时,稳定浓度梯度的建立过度时间,容易被忽略;20 世纪 30 年代中,赫格比提出了溶质渗透理论模型,考虑了形成稳定浓度梯度的过渡时间,主要针对难溶气体的液膜控制吸收的过程;20 世纪 50 年代初,丹克瓦茨。

    14、摒弃停滞膜的概念提出表面更新理论,处于表面的流体单元虽有都有可能被更新,无论它在表面停留时间的长短,被更新的几率相等,强化传质的方向,降低接触时间或增加表面更新的几率。塔板的传质性能中,首先液体发生晋升、拉膜、破膜,破碎等程序;气液向罩顶嘴击,折返,喷射,气液在罩内剧烈的湍动混合,液体表面被不断更新;气液从罩孔喷出,液体被分散成液滴,为气液接触提供更大的传质表面积;液滴落回塔板,气体上升进入上一层塔板,矫正板间气液返混、板上流体流动状态5。填料的传质性能的研究包括对传质系数、传质单元高度和传质速率的研究,国际上的研究学者为描述填料的气液传质过程,提出了多种经验关联式,有BILLET 经验关联式。

    15、、SRP 经验关联式、DELFT经验关联式、基于液膜流动的关联式、MONSANTO 关联式等,他们以气液传质理论为基础,让气液两相在填料过程中的传质系数、传质单元高度在填料表面的传质问题得到解决。2.4 塔器大型化现代精馏技术要求通过关键设备的大型化实现规模效应。随着大型石油化工项目的不断发展和扩大,大型采油技术和精馏技术得到了广泛应用,大型精馏塔的搭建流程也越来越快。大型化的精馏过程是现代工业发展的重要趋势。塔器大型化可以提高设备利用率,降低能耗,减少废物排放。精馏过程面临许多科学和工业上的问题。在分离过程中,当塔中气液两相接触时,还需要塔器来改变接触方式,对塔中的传质和传热都产生一定影响,以此达到降低分离效率的目的。随着科学技术的发展和大数据时代的到来,数字工程被广泛应用于各个行业。数字化设计技术已经逐渐成为指导和优化大型塔架结构设计、诊断一系列问题的主要工具,也显示出集成系统的发展趋势。第三章 精馏过程相关技术3.1 精馏过程节能技术精馏过程是将物理有效能转变为扩散有效能,但同时也存在物理有效能的损失,为了降低精馏塔传热过程中的有效能损耗,我们可以优化操作条件,减少蒸汽负荷、降低回流比,减少塔顶与塔釜温差,提高料液温度6。在中间进行热能。

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