应用化学开放报告
论文题目:苯-氯苯分离过程中连续精馏塔的工艺设计。
文献综述和调查报告:(说明研究现状和发展趋势，本研究的意义和价值，参考文献)
1.项目背景
设计是工程建设的灵魂，在工程建设中起着主导和决定作用，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。只有通过设计，工业科研成果才能转化为真正的工业化生产力。化工设计是一项政策性很强的工作，涉及政治、经济、技术、环保、法律法规等。，而且它还涉及到多学科、多学科的交叉、综合和协调，是一项集体劳动。先进的设计思想、科学的设计方法、优秀的设计作品，是工程设计人员应该坚持的设计方向和目标。在化工设计中，化工单元设备的设计是整个化工流程和装置设计的核心和基础，贯穿于设计过程的始终。因此，作为一名化工专业的本科生，熟练掌握化工单元设备的设计方法是非常重要的。
精馏是分离液体混合物(包括液化气混合物)最常用的单元操作，广泛应用于化工、炼油、石油化工等行业。在精馏过程中，气液相在能量剂(有时加入质量剂)的驱动下多次直接接触分离，利用液相混合物中各组分的不同挥发度，将挥发性组分从液相转移到气相，非挥发性组分从气相转移到液相，实现原料混合物中各组分的分离。这个过程是一个传质和传热同时进行的过程。
本次设计任务是设计一个具有一定容量的精馏塔，实现苯和氯苯的分离。鉴于本次设计任务容量小，苯-氯苯体系易于分离，待处理的料液清洁，设计决定选用筛板塔。本课程设计的主要内容是物料衡算、热量衡算、工艺计算、结构设计和校核。限于作者水平，设计中难免有不足和谬误。请批评指正。
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、制造维修方便、生产能力大、塔板压降小、塔板效率高的优点。早在1832就出来了。长期以来，一直误以为作业范围窄，筛孔容易堵塞，所以受到冷遇。而筛板结构简单，成本低，具有很大的经济吸引力。因此，自20世纪50年代以来，许多研究者重新研究了筛板塔。结果表明，筛板塔操作范围窄的原因是设计不良(主要是设计点低，容易泄漏)，而设计良好的筛板塔操作范围宽。至于筛孔容易堵塞的问题，可以用大孔径筛板ⅰ圆满解决。
20世纪60年代初，美国蒸馏研究公司(FRI)在工业规模上对筛板塔进行了系统的研究，使用了不同的材料，在不同的操作压力下，广泛地改变了筛孔直径、开孔率和堰高等结构参数。这些研究成果使筛板塔的设计更加完善，大孔径筛板的设计方法属于专利。国内对大孔径筛板也做了一些研究。
FRI研究表明，设计良好的筛板是一种效率高、生产能力大的塔板，极大地促进了筛板的推广应用。目前，筛板已经发展成为应用最广泛的通用塔板。在我国，筛板的应用越来越普遍。
可以说筛板蒸馏塔是一种传统的蒸馏塔。早期因为设计原因一度被工业生产忽视。但是，由于计算技术的发展和设计水平的提高，筛板塔越来越受到厂家的重视和使用。其优点是设备简单，操作简单，维修方便，制造成本低。
2.研究现状及发展趋势。
气液传质设备主要分为板式塔和填料塔两大类。蒸馏操作可以采用板式塔或填料塔。板式塔是一种逐级接触的气液传质设备，有多种类型。根据塔板上气液接触元件的不同，可分为鼓泡塔、浮阀塔、筛板塔、多孔板塔、舌形塔、浮舌塔和浮射流塔。板式塔最早在工业上用作泡罩塔(1813)和筛板塔(1832)。后来，特别是20世纪50年代以后，随着石油和化学工业的迅速发展，出现了大量的新型塔板，如S板、浮阀塔板、多降液管筛板和舌形塔板。目前，从国内外实际使用情况来看，塔板类型主要有筛板塔、浮阀塔和泡罩塔，其中前者应用尤为广泛。
筛板塔是板式塔的一种。其设计意图是使汽液两相在塔盘上充分接触，以减少传质阻力。另一方面是使两相在整体上保持逆流，使两相在塔板上均匀错流接触，以获得更大的传质推动力。里面有几层横盘，盘上有很多小孔，形似屏风；有或没有溢流管。操作时，液体从塔顶进入，通过溢流管(部分通过筛孔)逐板下降，在板上积累一层液体。气体(或蒸汽)从塔底进入，通过筛孔上升穿过液层，鼓泡出来，使两相充分接触和相互作用。气泡接触式气液传质过程的一种形式，其性能优于鼓泡塔。为了克服筛板安装高度高的困难，开发了循环筛板。为了克服筛板在低负荷下的泄漏现象，设计了一种板下带圆盘的筛板。减少筛板上雾的夹带，缩短板间距，制造带挡板、板上有凸孔的筛板，用倾斜的增泡平台代替进口堰。林德筛板在塔盘上设有导气槽。筛板塔是H2S-H2O双温交换过程中广泛使用的冷热塔，用于精馏、吸收和除尘。
筛板塔是传质过程中常见的塔设备，其主要优点是:
(1)结构比浮阀塔简单易加工，其成本约为泡罩塔的60%，浮阀塔的80%。
(2)处理能力大，与相同塔径的泡罩塔相比，可提高10 ~ 15%。
(3)塔板效率比鼓泡塔高65438±05%。
(4)压降低，每板压力比鼓泡塔低30%左右。
筛板塔的缺点是:
(1)塔盘安装的水平度要求高，否则气液接触不均匀。
(2)操作弹性小(约2 ~ 3)。
(3)小孔筛板容易堵塞。
目前广泛使用的林德筛板是由美国联合碳化物公司的林德子公司开发的。最早用于要求低压降的空分装置精馏塔，1963后开始用于乙苯-苯乙烯精馏装置。20世纪70年代，许多公司的120多个减压蒸馏塔采用了林德筛板，其中直径超过5.0 m的有45个，最大直径为11.5 m..林德筛板在普通筛板上有两个重要改进:一是在降液管出液口处将塔盘向上抬高，二是在塔盘上增加百叶窗式导向孔(国内称为导向筛板)。这一改进增加了有效鼓泡面积，将塔板操作由鼓泡式改为喷淋式，在降低液面梯度的同时使气体分布均匀，从而降低了干板压降，减少了雾沫夹带，提高了传质效率。目前国内已有10多套装置使用了中运转林德筛板。
精馏是应用最广泛的传质和分离操作，其广泛的应用已经使其技术相当成熟，但技术的成熟并不意味着今后不再需要发展和停滞。成熟技术的开发往往需要更多的精力，但由于应用广泛，每一个进步，哪怕是很小的进步，都会带来巨大的经济效益。正因为如此，蒸馏的研究仍然受到广泛的关注并不断取得进展。
提高精馏过程的热力学效率和节能一直是人们关注的研究领域。利用热集成和夹点分析的概念进行分离序列的合成、节能分离流程的开发和换热网络的优化，以及在具体分离过程中合理应用热泵、多效精馏、中间再沸器和中间冷凝器实现节能，一直是受到广泛关注的活跃研究领域。
对于普通精馏难以(或不可能)分离的物料，开发萃取精馏和共沸精馏的分离工艺，将精馏与反应相结合，发展反应精馏，也是一个值得关注的研究领域，对拓宽精馏的应用范围，提高经济效益具有重要意义。
随着精细化工的发展，间歇精馏的应用越来越广泛，其研究也受到了应有的重视。开发各种新的运行模式，对节约能耗、缩短运行时间有明显效果。间歇蒸馏膜持液率的模拟计算取得了一定进展，对设计和指导操作具有重要意义。
为了开发更可靠的效率和压降模型，应重视实测数据，尤其是工业规模试验数据，这是建立和验证模型的基础。20世纪六七十年代，美国蒸馏研究公司等人进行了一系列工业规模的实验，获得了非常有价值的实测数据，为各种模型的建立和现象认识的深化奠定了重要基础。
蒸馏的研究工作一直非常活跃，并不断取得成果。随着各种新型分离方法的不断发展和工业应用，其在石油、天然气、石油化工、医药和农产品化学中的重要作用不会改变，其作为主要分离方法的地位不会动摇。正如菲尔在1987国际蒸馏会议上指出的:“如果混合物可以通过蒸馏分离，那么经济上有吸引力的方法可能是蒸馏。”随着科学技术和工业生产水平的提高，精馏的应用非常广泛。重要的是进一步提高其技术水平，通过不断的努力使其日臻完善。
3研究的意义和价值
本设计采用连续精馏的方法分离苯-氯苯二元混合物。连续蒸馏塔在常压下操作，分离出的苯-氯苯二元混合物从连续蒸馏塔的中部进入塔内，在一定的回流比下从连续蒸馏塔的顶部采出含量合格的苯，从塔底采出氯苯，其中氯苯的纯度不低于99.5%。
高径比大的设备称为塔。塔设备是化工和炼油生产中最重要的设备之一。它能使气(或汽)液或液-液两相紧密接触，达到相间传质传热的目的。可以在塔设备中完成的常见单元操作包括精馏、吸收、解吸和萃取。此外，工业气体的冷却和回收，气体的湿式净化和干燥，以及具有气体和液体传质和传热的加湿和除湿。
在化工或炼油厂，塔设备的性能对全厂的产品产量、质量、生产能力和消耗定额，以及三废治理和环境保护都有很大的影响。据有关资料显示，塔设备的投资费用占整个流程设备投资费用的很大比例。因此，塔式设备的设计和研究受到了化工和炼油行业的高度重视。
作为主要用于传质过程的塔设备，首先必须使气体(蒸气)和液体充分接触，以获得较高的传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还必须考虑以下传质效率。此外，为了满足工业生产的需要，塔设备还必须考虑以下要求:
(1)产能大。在较大的气(汽)液流量下，不会出现大量的雾沫夹带、液体堵塞或液泛现象，从而损害正常操作。
(2)运行稳定，弹性高。当塔设备的气(汽)液负荷波动较大时，仍能稳定操作，传质效率高。且塔设备应保证长期连续运行。
(3)流体流动的阻力小。也就是说，通过塔设备的流体的压降很小。这将大大节省生产中的电力消耗，并减少日常运营费用。对于真空蒸馏操作，较大的压降也使系统无法保持必要的真空度。
(4)结构简单，材料消耗少，易于制造和安装。这样可以降低基本建设过程中的投资成本。
(5)耐腐蚀，不易堵塞，便于操作、调整和维护。
事实上，对于任何现有的塔型，都不可能完全满足上述所有要求，但在某些方面是独特的。
根据设计任务，设计的塔型为筛板塔。筛板塔是很早就出现的一种板式塔。自20世纪50年代以来，对筛板塔进行了大量工业规模的研究，逐渐掌握了筛板塔的性能，并形成了较为完善的设计方法。与泡罩塔相比，筛板塔具有以下优点:生产能力提高20-40%，塔板效率提高10-15%，压力降低30-50%，结构简单，塔板成本降低40%左右，安装维护容易。因此，它被广泛用于反对长期忽视。近年来，筛板的研究仍在发展，有大孔径筛板(孔径可达20-25mm)、导向筛板等多种形式。
筛板分为筛孔区、无孔区、溢流堰和降液管。工业塔常用的筛孔孔径为3-8mm，呈正三角形排列，间距与孔径之比为2.5-5。近年来出现了大孔径(10-25mm)筛板，具有制造容易，不易堵塞的优点，但夜漏点低，操作弹性小。
本课题将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。通过本课题的学习，可以加深对精馏过程基本原理的理解，熟悉筛板精馏塔的工艺设计方法，培养我们的设计能力。
该工艺结构简单，成本低，操作灵活，具有很强的工程实用价值。该工艺的推广将加速我国工业生产过程中节能技术的进步，促进大量相关技术和产业的发展。
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