浮閥塔蒸餾塔主要研究內容

1. 鍋爐煙氣脫硫設計(浮閥塔)

硫技術
通過對國內外脫硫技術以及國內電力行業引進脫硫工藝試點廠情況的分析研究，目前脫硫方法一般可劃分為燃燒前脫硫、燃燒中脫硫和燃燒後脫硫等3類。
其中燃燒後脫硫，又稱煙氣脫硫（Flue gas desulfurization，簡稱FGD）,在FGD技術中,按脫硫劑的種類劃分,可分為以下五種方法：以CaCO3（石灰石）為基礎的鈣法，以MgO為基礎的鎂法，以Na2SO3為基礎的鈉法，以NH3為基礎的氨法，以有機鹼為基礎的有機鹼法。世界上普遍使用的商業化技術是鈣法，所佔比例在90%以上。按吸收劑及脫硫產物在脫硫過程中的干濕狀態又可將脫硫技術分為濕法、干法和半干（半濕）法。濕法FGD技術是用含有吸收劑的溶液或漿液在濕狀態下脫硫和處理脫硫產物，該法具有脫硫反應速度快、設備簡單、脫硫效率高等優點，但普遍存在腐蝕嚴重、運行維護費用高及易造成二次污染等問題。干法FGD技術的脫硫吸收和產物處理均在干狀態下進行，該法具有無污水廢酸排出、設備腐蝕程度較輕，煙氣在凈化過程中無明顯降溫、凈化後煙溫高、利於煙囪排氣擴散、二次污染少等優點，但存在脫硫效率低，反應速度較慢、設備龐大等問題。半干法FGD技術是指脫硫劑在乾燥狀態下脫硫、在濕狀態下再生（如水洗活性炭再生流程），或者在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物（如噴霧乾燥法）的煙氣脫硫技術。特別是在濕狀態下脫硫、在干狀態下處理脫硫產物的半干法，以其既有濕法脫硫反應速度快、脫硫效率高的優點，又有干法無污水廢酸排出、脫硫後產物易於處理的優勢而受到人們廣泛的關注。按脫硫產物的用途，可分為拋棄法和回收法兩種。
1．1脫硫的幾種工藝
（1）石灰石——石膏法煙氣脫硫工藝
石灰石——石膏法脫硫工藝是世界上應用最廣泛的一種脫硫技術，日本、德國、美國的火力發電廠採用的煙氣脫硫裝置約90%採用此工藝。
它的工作原理是：將石灰石粉加水製成漿液作為吸收劑泵入吸收塔與煙氣充分接觸混合，煙氣中的二氧化硫與漿液中的碳酸鈣以及從塔下部鼓入的空氣進行氧化反應生成硫酸鈣，硫酸鈣達到一定飽和度後，結晶形成二水石膏。經吸收塔排出的石膏漿液經濃縮、脫水，使其含水量小於10%，然後用輸送機送至石膏貯倉堆放，脫硫後的煙氣經過除霧器除去霧滴，再經過換熱器加熱升溫後，由煙囪排入大氣。由於吸收塔內吸收劑漿液通過循環泵反復循環與煙氣接觸，吸收劑利用率很高，鈣硫比較低，脫硫效率可大於95% 。
（2）旋轉噴霧乾燥煙氣脫硫工藝
噴霧乾燥法脫硫工藝以石灰為脫硫吸收劑，石灰經消化並加水製成消石灰乳，消石灰乳由泵打入位於吸收塔內的霧化裝置，在吸收塔內，被霧化成細小液滴的吸收劑與煙氣混合接觸，與煙氣中的SO2發生化學反應生成CaSO3,煙氣中的SO2被脫除。與此同時，吸收劑帶入的水分迅速被蒸發而乾燥，煙氣溫度隨之降低。脫硫反應產物及未被利用的吸收劑以乾燥的顆粒物形式隨煙氣帶出吸收塔，進入除塵器被收集下來。脫硫後的煙氣經除塵器除塵後排放。為了提高脫硫吸收劑的利用率，一般將部分除塵器收集物加入制漿系統進行循環利用。該工藝有兩種不同的霧化形式可供選擇，一種為旋轉噴霧輪霧化，另一種為氣液兩相流。
噴霧乾燥法脫硫工藝具有技術成熟、工藝流程較為簡單、系統可靠性高等特點，脫硫率可達到85%以上。該工藝在美國及西歐一些國家有一定應用范圍（8%）。脫硫灰渣可用作制磚、築路，但多為拋棄至灰場或回填廢舊礦坑。
（3） 磷銨肥法煙氣脫硫工藝
磷銨肥法煙氣脫硫技術屬於回收法，以其副產品為磷銨而命名。該工藝過程主要由吸附（活性炭脫硫制酸）、萃取（稀硫酸分解磷礦萃取磷酸）、中和（磷銨中和液制備）、吸收（ 磷銨液脫硫制肥）、氧化（亞硫酸銨氧化）、濃縮乾燥（固體肥料制備）等單元組成。它分為兩個系統：
煙氣脫硫系統——煙氣經高效除塵器後使含塵量小於200mg/Nm3，用風機將煙壓升高到7000Pa，先經文氏管噴水降溫調濕，然後進入四塔並列的活性炭脫硫塔組（其中一隻塔周期性切換再生），控制一級脫硫率大於或等於70%，並製得30%左右濃度的硫酸，一級脫硫後的煙氣進入二級脫硫塔用磷銨漿液洗滌脫硫，凈化後的煙氣經分離霧沫後排放。
肥料制備系統——在常規單槽多漿萃取槽中，同一級脫硫製得的稀硫酸分解磷礦粉（P2O5 含量大於26%），過濾後獲得稀磷酸（其濃度大於10%），加氨中和後製得磷氨，作為二級脫硫劑，二級脫硫後的料漿經濃縮乾燥製成磷銨復合肥料。
（4）爐內噴鈣尾部增濕煙氣脫硫工藝
爐內噴鈣加尾部煙氣增濕活化脫硫工藝是在爐內噴鈣脫硫工藝的基礎上在鍋爐尾部增設了增濕段，以提高脫硫效率。該工藝多以石灰石粉為吸收劑，石灰石粉由氣力噴入爐膛850~1150℃溫度區，石灰石受熱分解為氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣與煙氣中的二氧化硫反應生成亞硫酸鈣。由於反應在氣固兩相之間進行，受到傳質過程的影響，反應速度較慢，吸收劑利用率較低。在尾部增濕活化反應器內，增濕水以霧狀噴入，與未反應的氧化鈣接觸生成氫氧化鈣進而與煙氣中的二氧化硫反應。當鈣硫比控制在2.0~2.5時，系統脫硫率可達到65~80%。由於增濕水的加入使煙氣溫度下降，一般控制出口煙氣溫度高於露點溫度10~15℃，增濕水由於煙溫加熱被迅速蒸發，未反應的吸收劑、反應產物呈乾燥態隨煙氣排出，被除塵器收集下來。
該脫硫工藝在芬蘭、美國、加拿大、法國等國家得到應用，採用這一脫硫技術的最大單機容量已達30萬千瓦。
（5）煙氣循環流化床脫硫工藝
煙氣循環流化床脫硫工藝由吸收劑制備、吸收塔、脫硫灰再循環、除塵器及控制系統等部分組成。該工藝一般採用干態的消石灰粉作為吸收劑，也可採用其它對二氧化硫有吸收反應能力的乾粉或漿液作為吸收劑。
由鍋爐排出的未經處理的煙氣從吸收塔（即流化床）底部進入。吸收塔底部為一個文丘里裝置，煙氣流經文丘里管後速度加快，並在此與很細的吸收劑粉末互相混合，顆粒之間、氣體與顆粒之間劇烈摩擦，形成流化床，在噴入均勻水霧降低煙溫的條件下，吸收劑與煙氣中的二氧化硫反應生成CaSO3 和CaSO4。脫硫後攜帶大量固體顆粒的煙氣從吸收塔頂部排出，進入再循環除塵器，被分離出來的顆粒經中間灰倉返回吸收塔，由於固體顆粒反復循環達百次之多，故吸收劑利用率較高。
此工藝所產生的副產物呈乾粉狀，其化學成分與噴霧乾燥法脫硫工藝類似，主要由飛灰、CaSO3、CaSO4和未反應完的吸收劑Ca(OH)2等組成，適合作廢礦井回填、道路基礎等。
典型的煙氣循環流化床脫硫工藝，當燃煤含硫量為2%左右，鈣硫比不大於1.3時，脫硫率可達90%以上，排煙溫度約70℃。此工藝在國外目前應用在10~20萬千瓦等級機組。由於其佔地面積少，投資較省，尤其適合於老機組煙氣脫硫。
（6）海水脫硫工藝
海水脫硫工藝是利用海水的鹼度達到脫除煙氣中二氧化硫的一種脫硫方法。在脫硫吸收塔內，大量海水噴淋洗滌進入吸收塔內的燃煤煙氣，煙氣中的二氧化硫被海水吸收而除去，凈化後的煙氣經除霧器除霧、經煙氣換熱器加熱後排放。吸收二氧化硫後的海水與大量未脫硫的海水混合後，經曝氣池曝氣處理，使其中的SO32-被氧化成為穩定的SO42-，並使海水的PH值與COD調整達到排放標准後排放大海。海水脫硫工藝一般適用於靠海邊、擴散條件較好、用海水作為冷卻水、燃用低硫煤的電廠。海水脫硫工藝在挪威比較廣泛用於煉鋁廠、煉油廠等工業爐窯的煙氣脫硫，先後有20多套脫硫裝置投入運行。近幾年，海水脫硫工藝在電廠的應用取得了較快的進展。此種工藝最大問題是煙氣脫硫後可能產生的重金屬沉積和對海洋環境的影響需要長時間的觀察才能得出結論，因此在環境質量比較敏感和環保要求較高的區域需慎重考慮。
（7） 電子束法脫硫工藝
該工藝流程有排煙預除塵、煙氣冷卻、氨的充入、電子束照射和副產品捕集等工序所組成。鍋爐所排出的煙氣，經過除塵器的粗濾處理之後進入冷卻塔，在冷卻塔內噴射冷卻水，將煙氣冷卻到適合於脫硫、脫硝處理的溫度（約70℃）。煙氣的露點通常約為50℃，被噴射呈霧狀的冷卻水在冷卻塔內完全得到蒸發，因此，不產生廢水。通過冷卻塔後的煙氣流進反應器，在反應器進口處將一定的氨水、壓縮空氣和軟水混合噴入，加入氨的量取決於SOx濃度和NOx濃度，經過電子束照射後，SOx和NOx在自由基作用下生成中間生成物硫酸（H2SO4）和硝酸（HNO3）。然後硫酸和硝酸與共存的氨進行中和反應，生成粉狀微粒（硫酸氨(NH4)2SO4與硝酸氨NH4NO3的混合粉體）。這些粉狀微粒一部分沉澱到反應器底部，通過輸送機排出，其餘被副產品除塵器所分離和捕集，經過造粒處理後被送到副產品倉庫儲藏。凈化後的煙氣經脫硫風機由煙囪向大氣排放。
（8）氨水洗滌法脫硫工藝
該脫硫工藝以氨水為吸收劑，副產硫酸銨化肥。鍋爐排出的煙氣經煙氣換熱器冷卻至90~100℃，進入預洗滌器經洗滌後除去HCI和HF，洗滌後的煙氣經過液滴分離器除去水滴進入前置洗滌器中。在前置洗滌器中，氨水自塔頂噴淋洗滌煙氣，煙氣中的SO2被洗滌吸收除去，經洗滌的煙氣排出後經液滴分離器除去攜帶的水滴，進入脫硫洗滌器。在該洗滌器中煙氣進一步被洗滌，經洗滌塔頂的除霧器除去霧滴，進入脫硫洗滌器。再經煙氣換熱器加熱後經煙囪排放。洗滌工藝中產生的濃度約30%的硫酸銨溶液排出洗滌塔，可以送到化肥廠進一步處理或直接作為液體氮肥出售，也可以把這種溶液進一步濃縮蒸發乾燥加工成顆粒、晶體或塊狀化肥出售。
1。2燃燒前脫硫
燃燒前脫硫就是在煤燃燒前把煤中的硫分脫除掉，燃燒前脫硫技術主要有物理洗選煤法、化學洗選煤法、煤的氣化和液化、水煤漿技術等。洗選煤是採用物理、化學或生物方式對鍋爐使用的原煤進行清洗，將煤中的硫部分除掉，使煤得以凈化並生產出不同質量、規格的產品。微生物脫硫技術從本質上講也是一種化學法，它是把煤粉懸浮在含細菌的氣泡液中，細菌產生的酶能促進硫氧化成硫酸鹽，從而達到脫硫的目的；微生物脫硫技術目前常用的脫硫細菌有：屬硫桿菌的氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、古細菌、熱硫化葉菌等。煤的氣化，是指用水蒸汽、氧氣或空氣作氧化劑，在高溫下與煤發生化學反應，生成H2、CO、CH4等可燃混合氣體（稱作煤氣）的過程。煤炭液化是將煤轉化為清潔的液體燃料（汽油、柴油、航空煤油等）或化工原料的一種先進的潔凈煤技術。水煤漿（Coal Water Mixture，簡稱CWM）是將灰份小於10%，硫份小於0.5%、揮發份高的原料煤，研磨成250~300μm的細煤粉，按65%~70%的煤、30%~35%的水和約1%的添加劑的比例配製而成，水煤漿可以像燃料油一樣運輸、儲存和燃燒，燃燒時水煤漿從噴嘴高速噴出，霧化成50~70μm的霧滴，在預熱到600~700℃的爐膛內迅速蒸發，並拌有微爆，煤中揮發分析出而著火，其著火溫度比干煤粉還低。
燃燒前脫硫技術中物理洗選煤技術已成熟，應用最廣泛、最經濟，但只能脫無機硫；生物、化學法脫硫不僅能脫無機硫，也能脫除有機硫，但生產成本昂貴，距工業應用尚有較大距離；煤的氣化和液化還有待於進一步研究完善；微生物脫硫技術正在開發；水煤漿是一種新型低污染代油燃料，它既保持了煤炭原有的物理特性，又具有石油一樣的流動性和穩定性，被稱為液態煤炭產品，市場潛力巨大，目前已具備商業化條件。
煤的燃燒前的脫硫技術盡管還存在著種種問題，但其優點是能同時除去灰分，減輕運輸量，減輕鍋爐的沾污和磨損，減少電廠灰渣處理量，還可回收部分硫資源。
1．3 燃燒中脫硫，又稱爐內脫硫
爐內脫硫是在燃燒過程中，向爐內加入固硫劑如CaCO3等，使煤中硫分轉化成硫酸鹽，隨爐渣排除。其基本原理是：
CaCO3→CaO＋CO2↑
CaO＋SO2→CaSO3
CaSO3＋1／2×O2→CaSO4
（1） LIMB爐內噴鈣技術
早在本世紀60年代末70年代初，爐內噴固硫劑脫硫技術的研究工作已開展，但由於脫硫效率低於10%～30％，既不能與濕法FGD相比，也難以滿足高達90%的脫除率要求。一度被冷落。但在1981年美國國家環保局EPA研究了爐內噴鈣多段燃燒降低氮氧化物的脫硫技術，簡稱LIMB，並取得了一些經驗。Ca／S在2以上時，用石灰石或消石灰作吸收劑，脫硫率分別可達40%和60%。對燃用中、低含硫量的煤的脫硫來說，只要能滿足環保要求，不一定非要求用投資費用很高的煙氣脫硫技術。爐內噴鈣脫硫工藝簡單，投資費用低，特別適用於老廠的改造。
（2） LIFAC煙氣脫硫工藝
LIFAC工藝即在燃煤鍋爐內適當溫度區噴射石灰石粉，並在鍋爐空氣預熱器後增設活化反應器，用以脫除煙氣中的SO2。芬蘭Tampella和IVO公司開發的這種脫硫工藝，於1986年首先投入商業運行。LIFAC工藝的脫硫效率一般為60%～85％。
加拿大最先進的燃煤電廠Shand電站採用LIFAC煙氣脫硫工藝，8個月的運行結果表明，其脫硫工藝性能良好，脫硫率和設備可用率都達到了一些成熟的SO2控制技術相當的水平。我國下關電廠引進LIFAC脫硫工藝，其工藝投資少、佔地面積小、沒有廢水排放，有利於老電廠改造。
1．4 燃燒後脫硫，又稱煙氣脫硫（Flue gas desulfurization，簡稱FGD）
燃煤的煙氣脫硫技術是當前應用最廣、效率最高的脫硫技術。對燃煤電廠而言，在今後一個相當長的時期內，FGD將是控制SO2排放的主要方法。目前國內外火電廠煙氣脫硫技術的主要發展趨勢為：脫硫效率高、裝機容量大、技術水平先進、投資省、佔地少、運行費用低、自動化程度高、可靠性好等。
1．3．1乾式煙氣脫硫工藝
該工藝用於電廠煙氣脫硫始於80年代初，與常規的濕式洗滌工藝相比有以下優點：投資費用較低；脫硫產物呈干態，並和飛灰相混；無需裝設除霧器及再熱器；設備不易腐蝕，不易發生結垢及堵塞。其缺點是：吸收劑的利用率低於濕式煙氣脫硫工藝；用於高硫煤時經濟性差；飛灰與脫硫產物相混可能影響綜合利用；對乾燥過程式控制制要求很高。
（1） 噴霧乾式煙氣脫硫工藝：噴霧乾式煙氣脫硫(簡稱干法FGD)，最先由美國JOY公司和丹麥Niro Atomier公司共同開發的脫硫工藝，70年代中期得到發展，並在電力工業迅速推廣應用。該工藝用霧化的石灰漿液在噴霧乾燥塔中與煙氣接觸，石灰漿液與SO2反應後生成一種乾燥的固體反應物，最後連同飛灰一起被除塵器收集。我國曾在四川省白馬電廠進行了旋轉噴霧干法煙氣脫硫的中間試驗，取得了一些經驗，為在200～300MW機組上採用旋轉噴霧干法煙氣脫硫優化參數的設計提供了依據。
（2） 粉煤灰乾式煙氣脫硫技術：日本從1985年起，研究利用粉煤灰作為脫硫劑的乾式煙氣脫硫技術，到1988年底完成工業實用化試驗，1991年初投運了首台粉煤灰乾式脫硫設備，處理煙氣量644000Nm3／h。其特點：脫硫率高達60%以上，性能穩定，達到了一般濕式法脫硫性能水平；脫硫劑成本低；用水量少，無需排水處理和排煙再加熱，設備總費用比濕式法脫硫低1／4；煤灰脫硫劑可以復用；沒有漿料，維護容易，設備系統簡單可靠。
1．3．2 濕法FGD工藝
世界各國的濕法煙氣脫硫工藝流程、形式和機理大同小異，主要是使用石灰石(CaCO3)、石灰（CaO）或碳酸鈉(Na2CO3)等漿液作洗滌劑，在反應塔中對煙氣進行洗滌，從而除去煙氣中的SO2。這種工藝已有50年的歷史，經過不斷地改進和完善後，技術比較成熟，而且具有脫硫效率高(90%～98％)，機組容量大，煤種適應性強，運行費用較低和副產品易回收等優點。據美國環保局(EPA)的統計資料，全美火電廠採用濕式脫硫裝置中，濕式石灰法佔39.6％，石灰石法佔47.4％，兩法共佔87%；雙鹼法佔4.1％，碳酸鈉法佔3.1％。世界各國(如德國、日本等)，在大型火電廠中，90%以上採用濕式石灰／石灰石-石膏法煙氣脫硫工藝流程。
石灰或石灰石法主要的化學反應機理為：
石灰法：SO2＋CaO＋1／2H2O→CaSO3•1／2H2O
石灰石法：SO2＋CaCO3＋1／2H2O→CaSO3•1／2H2O＋CO2
其主要優點是能廣泛地進行商品化開發，且其吸收劑的資源豐富，成本低廉，廢渣既可拋棄，也可作為商品石膏回收。目前，石灰／石灰石法是世界上應用最多的一種FGD工藝，對高硫煤，脫硫率可在90%以上，對低硫煤，脫硫率可在95%以上。
傳統的石灰／石灰石工藝有其潛在的缺陷，主要表現為設備的積垢、堵塞、腐蝕與磨損。為了解決這些問題，各設備製造廠商採用了各種不同的方法，開發出第二代、第三代石灰／石灰石脫硫工藝系統。
濕法FGD工藝較為成熟的還有：氫氧化鎂法；氫氧化鈉法；美國Davy Mckee公司Wellman-Lord FGD工藝；氨法等。
在濕法工藝中，煙氣的再熱問題直接影響整個FGD工藝的投資。因為經過濕法工藝脫硫後的煙氣一般溫度較低(45℃），大都在露點以下，若不經過再加熱而直接排入煙囪，則容易形成酸霧，腐蝕煙囪，也不利於煙氣的擴散。所以濕法FGD裝置一般都配有煙氣再熱系統。目前，應用較多的是技術上成熟的再生(回轉)式煙氣熱交換器(GGH)。GGH價格較貴，占整個FGD工藝投資的比例較高。近年來，日本三菱公司開發出一種可省去無泄漏型的GGH，較好地解決了煙氣泄漏問題，但價格仍然較高。前德國SHU公司開發出一種可省去GGH和煙囪的新工藝，它將整個FGD裝置安裝在電廠的冷卻塔內，利用電廠循環水余熱來加熱煙氣，運行情況良好，是一種十分有前途的方法。
1．5等離子體煙氣脫硫技術
等離子體煙氣脫硫技術研究始於70年代，目前世界上已較大規模開展研究的方法有2類：
（1） 電子束輻照法(EB)
電子束輻照含有水蒸氣的煙氣時，會使煙氣中的分子如O2、H2O等處於激發態、離子或裂解，產生強氧化性的自由基O、OH、HO2和O3等。這些自由基對煙氣中的SO2和NO進行氧化，分別變成SO3和NO2或相應的酸。在有氨存在的情況下，生成較穩定的硫銨和硫硝銨固體，它們被除塵器捕集下來而達到脫硫脫硝的目的。
（2） 脈沖電暈法(PPCP)
脈沖電暈放電脫硫脫硝的基本原理和電子束輻照脫硫脫硝的基本原理基本一致，世界上許多國家進行了大量的實驗研究，並且進行了較大規模的中間試驗，但仍然有許多問題有待研究解決。
1．6 海水脫硫
海水通常呈鹼性，自然鹼度大約為1．2～2．5mmol/L，這使得海水具有天然的酸鹼緩沖能力及吸收SO2的能力。國外一些脫硫公司利用海水的這種特性，開發並成功地應用海水洗滌煙氣中的SO2，達到煙氣凈化的目的。
海水脫硫工藝主要由煙氣系統、供排海水系統、海水恢復系統等組成。

2. 三塔精餾原理

把液體混合物經過多次部分氣化和部分冷凝，使液體分離成相當純的組分的操作稱為精餾。
連續精餾塔可以想像是由一個個簡單蒸餾釜串聯起來，由於原料液中組分的揮發度不同，每經過一個蒸餾釜蒸餾一次，蒸汽中輕組分的含量就提高一次，即yn+1＞yn＞X（y代表氣相組成，X代表液相組分），增加蒸餾釜的個數就可得到足夠純的輕組分，而塔中殘液中所含輕組分的量會越來越少，接近於零。將這些蒸餾釜疊加起來，在結構上加以簡化即成為精餾塔。
隨著精餾操作壓力的提高，液體混合物的沸點相應提高，加壓精餾塔頂甲醇的冷凝溫度相應提高，利用加壓精餾塔頂較高溫度成品甲醇的冷凝熱來作為常壓精餾塔再沸器的熱源，這樣可以降低甲醇精餾的蒸汽消耗。本工序就是利用預蒸餾塔、加壓精餾塔、常壓精餾塔分離出粗甲醇中的輕組分物質和重組分物質而得到產品精甲醇。三塔均用組合式導向浮閥塔，它比傳統的浮閥塔板有更好的傳質、傳熱性能。

3. 現在精餾塔分哪幾種類型

分很多種，但現在化工企業一般用到的就是篩板塔，固筏塔，小一點的企業一般用填料塔。相對而言填料塔分離效果好點但生產能力小而且操作和運行成本要大得多。

4. 應用化學開題報告

應用化學開題報告

論文題目：苯-氯苯分離過程連續精餾塔的工藝設計

一 文獻綜述與調研報告 ：(闡述課題研究的現狀及發展趨勢，本課題研究的意義和價值、參考文獻)

1. 課題的背景

設計是工程建設的靈魂，對工程建設起著主導和決定性的作用，決定著工業現代化的水平。工程設計是科研成果轉化為現實生產力的橋梁和紐帶，工業科研成果只有通過設計，才能轉化為現實的工業化生產力。化工設計是一項政策性很強的工作，它涉及政治、經濟、技術、環保、法規等諸多方面，而且還會涉及多專業及多學科的交叉、綜合和相互協調，是集體性的勞動。先進的設計思想、科學的設計方法和優秀的設計作品是工程設計人員應堅持的設計方向和追求的目標。在化工設計中，化工單元設備的設計是整個化工過程和裝置設計的核心和基礎，並貫穿於設計過程的始終，因此作為化工類的本科生，熟練掌握化工單元設備的設計方法是十分重要的。

精餾是分離液體混合物(含可液化的氣體混合物)最常用的一種單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業中得到廣泛應用。精餾過程在能量劑的驅動下(有時加質量劑)，使氣、液兩相多次直接接觸和分離，利用液相混合物中各組分揮發度的不同，使易揮發組分由液相向氣相轉移，難揮發組分由氣相向液相轉移，實現原料混合液中各組分的分離。該過程是同時進行傳質、傳熱的過程。

本次設計任務為設計一定處理量的精餾塔，實現苯-氯苯的分離。鑒於設計任務的處理量不大，苯-氯苯體系比較易於分離，待處理料液清潔的特點，設計決定選用篩板塔。本課程設計的主要內容是過程的物料衡算、熱量衡算，工藝計算，結構設計和校核。限於作者的水平，設計中難免有不足和謬誤之處，懇請老師和讀者批評指正。

篩板塔是生產中最常用的板式塔之一。板式塔具有結構簡單，製造和維修方便，生產能力大，塔板壓降小，板效率較高等優點。其早在1832年問世，長期以來，一直被誤以為操作范圍狹窄，篩孔容易堵塞而收到冷遇。但是篩孔板結構結構簡單，造價低廉，在經濟上有很大的吸引力。因此，從20世紀50年代以來，許多研究者對篩孔板塔重新進行了研究。研究結果表明，造成篩板塔操作范圍狹窄的原因是設計不良(主要是設計點偏低、容易漏液)，而設計良好的篩板塔是具有足夠寬的操作范圍的。至於篩孔容易堵塞的問題，可採用大孔徑篩板一得到圓滿的解決。

20世紀60年代初，美國精餾研究公司(FRI)又以工業的規模，使用不同物系，在不同操作壓強下，廣泛地改變了篩孔直徑、開孔率、堰高等結構參數，對篩板塔進行了系統研究。這些研究成果，使篩板塔的設計更加完美善，其中關於大孔徑篩板的設計方法屬於專利。國內對大孔徑篩板也做過某些研究。

FRI研究工作表明，設計良好的篩板是一種效率高、生產能力大的塔板，對篩板的推廣應用起了很大的促進作用，目前，篩板已發展成為應用最廣的通用塔板。在我國，篩板的應用也日益普通。

可以說，篩板精餾塔是一種傳統的精餾塔。早期由於設計方面的原因，曾一度被工業生產所忽視。但由於計算技術的發展，設計水平的提高，篩板塔越來越受到廠家的關注和使用，其優點是設備簡單，操作簡便，維修方便，製造成本低。

2. 課題研究的現狀及發展趨勢

氣-液傳質設備主要分為板式塔和填料塔兩大類。精餾操作既可採用板式塔，也可採用填料塔，板式塔為逐級接觸型氣-液傳質設備，其種類繁多，根據塔板上氣-液接觸元件的不同，可分為泡罩塔、浮閥塔、篩板塔、穿流多孔板塔、舌形塔、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。板式塔在工業上最早使用的是泡罩塔(1813年)、篩板塔(1832年)，其後，特別是在本世紀五十年代以後，隨著石油、化學工業生產的迅速發展，相繼出現了大批新型塔板，如S型板、浮閥塔板、多降液管篩板、舌形塔板、穿流式波紋塔板、浮動噴射塔板及角鋼塔板等。目前從國內外實際使用情況看，主要的塔板類型為篩板塔、浮閥塔及泡罩塔，而前者使用尤為廣泛。

篩板塔是板式塔的一種，其設計意圖是一方面使汽液兩相在塔板上充分接觸，以減小傳質阻力，另一方面是在總體上使兩相保持逆流流動，而在塔板上使兩相呈均勻的錯流接觸，以獲得更大的傳質推動力。其內裝若干層水平塔板，板上有許多小孔，形狀如篩;並裝有溢流管或沒有溢流管。操作時，液體由塔頂進入，經溢流管(一部分經篩孔)逐板下降，並在板上積存液層。氣體(或蒸氣)由塔底進入，經篩孔上升穿過液層，鼓泡而出，因而兩相可以充分接觸，並相互作用。泡沫式接觸氣液傳質過程的一種形式，性能優於泡罩塔。為克服篩板安裝水平要求過高的困難，發展了環流篩板;克服篩板在低負荷下出現漏液現象，設計了板下帶盤的篩板;減輕篩板上霧沫夾帶縮短板間距，製造出板上帶擋的的篩板和突孔式篩板和用斜的增泡台代替進口堰，塔板上開設氣體導向縫的林德篩板。篩板塔普遍用作H2S-H2O雙溫交換過程的冷、熱塔，應用於蒸餾、吸收和除塵等。

篩板塔是傳質過程常用的塔設備，它的主要優點有：

(1) 結構比浮閥塔更簡單，易於加工，造價約為泡罩塔的60%，為浮閥塔的80%左右。

(2)處理能力大，比同塔徑的泡罩塔可增加10～15%。

(3)塔板效率高，比泡罩塔高15%左右。

(4) 壓降較低，每板壓力比泡罩塔約低30%左右。

篩板塔的缺點是：

(1)塔板安裝的水平度要求較高，否則氣液接觸不勻。

(2) 操作彈性較小(約2～3)。

(3)小孔篩板容易堵塞。

目前應用比較廣泛的是林德篩板，它由美國聯合碳化物公司的林德子公司開發 ,最早應用於要求低壓降的空分裝置的精餾塔 ,1963 年後開始應用於乙苯-苯乙烯等精餾裝置中。20 世紀70 年代有多家公司的120餘台減壓蒸餾塔採用了林德篩板,其中超過5.0 m 塔徑的就有45 台,最大的塔徑為11.5 m。林德篩板在普通篩板上有2 點重要改進:一是在降液管液體出口處將塔板向上凸起,二是在塔板上增設了百葉窗導向孔(國內稱之為導向篩板)。這種改進增大了有效鼓泡麵積,使塔板操作由鼓泡型變為噴射型,在降低液面梯度的同時使氣體分布均勻,從而使干板壓降減小、霧沫夾帶減少、傳質效率提高。目前,國內已有10餘套裝置使用了中運行林德篩板。

精餾是應用最廣的傳質分離操作，其廣泛應用促使其技術已相當成熟，但是技術的成熟並不意味著今後不再需要發展而停滯不前。成熟技術的發展往往要花費更大的精力，但由於其應用的廣泛，每一個進步，哪怕是微小的，也會帶來巨大的經濟效益。正因為如此，蒸餾的研究仍受到廣泛的重視，不斷取得進展。

提高精餾過程的熱力學效率、節省能耗是一貫受到重視的研究領域，分離序列的合成，在用熱集成概念和夾點分析方法開發節能的分離過程和優化換熱網路，在具體分離過程中合理地應用熱泵、多效精餾、中間再沸器和中間冷凝器等實現節能，一直是得到廣泛重視的活躍的研究領域。

對於普通精餾難以(或不能)分離的物料，開發萃取精餾和恆沸精餾的分離工藝，將精餾與反應結合開發反應精餾也是個值得重視的研究領域，這對於拓寬精餾的應用范圍，提高經濟效益有較大意義。

隨著精細化工的發展，間歇精餾應用也更加廣泛，其研究也得到了應有的重視。開發各種新的操作模式，對於節省能耗和縮短操作時間有明顯的效果。塔中持液量的間歇精餾膜模擬計算研究有一定進展，對於設計和指導操作有較大意義。

為開發更可靠的效率和壓降等的模型，當前應強調實測數據，尤其是工業規模的測試數據，這是建立和驗證模型的基礎。六七十年代，美國精餾研究公司等進行了一系列工業規模試驗，取得了十分有價值的實測數據，為各種模型的建立和現象認識的深化奠定了重要基礎。

精餾的研究工作一直十分活躍，而且不斷取得成果。在各種新分離方法得到不斷開發和取得工業應用之際，在石油、天然氣、石油化工、醫葯和農產品化學等工業中所起的重要作用不會改變，作為主要分離方法的地位不會動搖。正如費爾在1987年國際精餾會議上指出的：「如果混合物可以應用精餾分離，那麼經濟上可能有吸引力的方法是精餾。」隨著科學技術和工業生產水平的提高，精餾的應用天地十分廣闊，重要的通過不斷努力，使其技術水平得到進一步提高，使其日趨完善。

3 課題研究的意義和價值

本設計採用連續精餾分離苯-氯苯二元混合物的方法。連續精餾塔在常壓下操作，被分離的苯-氯苯二元混合物由連續精餾塔中部進入塔內，以一定得迴流比由連續精餾塔的塔頂采出含量合格的苯，由塔底采出氯苯，其中氯苯純度不低於99.5%。

高徑比很大的設備稱為塔器。塔設備是化工、煉油生產中最重要的設備之一。它可使氣(或汽)液或液液兩相之間進行緊密接觸，達到相際傳質及傳熱的目的。常見的可在塔設備中完成的單元操作有：精餾、吸收、解吸和萃取等。此外，工業氣體的冷卻與回收，氣體的濕法凈制和乾燥，以及兼有氣液兩相傳質和傳熱的增濕、減濕等。

在化工或煉油廠中，塔設備的性能對於整個裝置的產品產量、質量、生產能力和消耗定額，以及三廢處理和環境保護等各個方面都有重大的影響。據有關資料報道，塔設備的投資費用占整個工藝設備投資費用的較大比例。因此，塔設備的設計和研究，受到化工煉油等行業的`極大重視。

作為主要用於傳質過程的塔設備，首先必須使氣(汽)液兩相充分接觸，以獲得較高的傳質效率。此外，為了滿足工業生產的需要，塔設備還得考慮下列各項傳質效率。此外，為了滿足工業生產的需要，塔設備還得考慮下列各項要求：

(1)生產能力大。在較大的氣(汽)液流速下，仍不致發生大量的霧沫夾帶、攔液或液泛等破壞正常操作的現象。

(2)操作穩定、彈性大。當塔設備的氣(汽)液負荷量有較大的波動時，仍能在較高的傳質效率下進行穩定的操作。並且塔設備應保證能長期連續操作。

(3)流體流動的阻力小。即流體通過塔設備的壓力降小。這將大大節省生產中的動力消耗，以及降低經常操作費用。對於減壓蒸餾操作，較大的壓力降還使系統無法維持必要的真空度。

(4)結構簡單、材料耗用量小、製造和安裝容易。這可以減少基建過程中的投資費用。

(5)耐腐蝕和不易堵塞，方便操作、調節和檢修。

事實上，對於現有的任何一種塔型，都不可能完全滿足上述所有要求，僅是在某些方面具有獨到之處。

根據設計任務書，此設計的塔型為篩板塔。篩板塔是很早出現的一種板式塔。五十年代起對篩板塔進行了大量工業規模的研究，逐步掌握了篩板塔的性能，並形成了較完善的設計方法。與泡罩塔相比，篩板塔具有下列優點：生產能力大20-40%，塔板效率高10-15%，壓力降低30-50%，而且結構簡單，塔盤造價減少40%左右，安裝、維修都較容易。從而一反長期的冷落狀況，獲得了廣泛應用。近年來對篩板塔盤的研究還在發展，出現了大孔徑篩板(孔徑可達20-25mm)，導向篩板等多種形式。

篩板塔盤上分為篩孔區、無孔區、溢流堰及降液管等幾部分。工業塔常用的篩孔孔徑為3-8mm，按正三角形排列，空間距與孔徑的比為2.5-5。近年來有大孔徑(10-25mm)篩板的，它具有製造容易，不易堵塞等優點，只是漏夜點低，操作彈性小。

該課題使理論教學與實際應用相結合，有助於提高處理實際問題的能力。通過對該課題的研究，可以加深對精餾過程基本原理的理解，熟練篩板精餾塔的工藝設計方法，培養設計能力。

該過程構造簡單，造價低廉，具有足夠操作彈性，且具有較強的工程使用價值。該過程的推廣和普及，將加速我國工業生產過程節能技術的進步，帶動一大批的相關技術和產業的發展。

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5. 精餾塔的結構

板式精餾塔主要由精餾塔、冷凝器與蒸餾釜（或稱再沸器）組成。

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7. 精餾塔的工作原理

原理：利用混合物中各組分具有不同的揮發度，即在同一溫度下各組分的蒸氣壓版不同這一性質，使液相權中的輕組分(低沸物)轉移到氣相中，而氣相中的重組分(高沸物)轉移到液相中，從而實現分離的目的。

無論是平衡蒸餾還是簡單蒸餾，雖然可以起到一定的分離作用，但是並不能將一混合物分離為具有一定量的高純度產品。在石油化工生產中常常要求獲得純度很高的產品，通過精餾過程可以獲得這種高純度的產品。

(7)浮閥塔蒸餾塔主要研究內容擴展閱讀

精餾塔產品質量指標選擇有兩類：直接產品質量指標和間接產品質量指標。精餾塔最直接的產品質量指標是產品成分。成分檢測儀表發展很快，特別是工業色譜儀的在線應用，出現了直接控制產品成分的控制方案，此時檢測點就可以放在塔頂或塔底。

然而由於成分分析儀表價格昂貴，維護保養麻煩，采樣周期較長(即反應緩慢，滯後較大)而且應用中有時也不太可靠，所以成分分析儀表的應用受到了一定的限制。因此，精餾塔產品質量指標通常採用間接質量指標。