筛板精馏塔在线装置的开发及传质性能的研究
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本文以环已烷和正庚烷为实验物系,开发了塔径为110mm、开孔率为6.84%的小型筛板塔在线装置,并进行了传质性能的研究。运用MCGS组态软件对温度、压力、液位、流量和加热功率进行监控,研究了加热功率、进料温度、进料流量和进料浓度对筛板塔塔板效率的影响,获得了该精馏塔的最佳工艺操作条件。同时,在全回流条件下,与塔径为750mmm、开孔率为6.4%的中试筛板塔进行了传质性能的对比,发现大塔的全塔效率比小塔高20%左右。在实验的基础上,运用三种经典的效率预测模型Chan-fair模型、AIChE模型和Chen, Chuang模型计算点效率,再结合扩散模型得到默弗里板效率,通过比较模型值和计算值,找出了最合理的效率预测模型,研究结果为工业设计与放大提供依据。
| 摘要 | 第5-6页 |
| Abstract | 第6页 |
| 第1章 前言 | 第10-11页 |
| 第2章 文献综述 | 第11-25页 |
| 2.1 传质理论 | 第11-13页 |
| 2.1.1 膜模型 | 第11页 |
| 2.1.2 渗透模型 | 第11-12页 |
| 2.1.3 表面更新模型 | 第12页 |
| 2.1.4 多尺度局部均匀模型 | 第12页 |
| 2.1.5 旋涡池模型 | 第12-13页 |
| 2.2 板式塔的发展现状与展望 | 第13-15页 |
| 2.2.1 国内外发展现状 | 第13-14页 |
| 2.2.2 板式塔技术的发展前景 | 第14-15页 |
| 2.3 新型筛孔塔板简介 | 第15-19页 |
| 2.3.1 DJ塔板 | 第15-17页 |
| 2.3.2 高效导向筛板 | 第17-18页 |
| 2.3.3 MD型复合塔板和DJ型复合塔板 | 第18-19页 |
| 2.4 MCGS软件简介和应用 | 第19-25页 |
| 2.4.1 MCGS主要特点和基本功能 | 第20-21页 |
| 2.4.2 MCGS的构成 | 第21-23页 |
| 2.4.3 MCGS组态软件的应用 | 第23-25页 |
| 第3章 塔板效率研究及预测模型 | 第25-33页 |
| 3.1 塔板上的传质 | 第25-29页 |
| 3.1.1 塔板效率 | 第25-27页 |
| 3.1.2 板效率与点效率的关系 | 第27-29页 |
| 3.2 板效率模型 | 第29-33页 |
| 3.2.1 纯经验关联式 | 第29-30页 |
| 3.2.2 机理模型 | 第30-33页 |
| 第4章 实验装置开发及实验方法 | 第33-56页 |
| 4.1 实验内容 | 第33页 |
| 4.2 实验的物系及其性质 | 第33-39页 |
| 4.2.1 环己烷和正庚烷的物性参数 | 第33-34页 |
| 4.2.2 通过回归气液平衡数据选择合适的热力学方法 | 第34-37页 |
| 4.2.3 物系的相平衡曲线 | 第37-39页 |
| 4.3 在线控制热模筛板精馏塔的研制与开发 | 第39-44页 |
| 4.3.1 实验设备 | 第39-41页 |
| 4.3.2 塔结构参数 | 第41-42页 |
| 4.3.3 计算机在线操作系统界面介绍 | 第42-43页 |
| 4.3.4 程序运行及实验操作步骤 | 第43-44页 |
| 4.3.5 本装置计算机操作系统的特点 | 第44页 |
| 4.4 中试热模塔的实验装置与流程 | 第44-48页 |
| 4.4.1 实验设备仪器 | 第44-45页 |
| 4.4.2 塔设备结构参数 | 第45-46页 |
| 4.4.3 实验装置流程 | 第46-47页 |
| 4.4.4 实验操作步骤 | 第47页 |
| 4.4.5 取样位置和方法 | 第47-48页 |
| 4.5 分析测试方法 | 第48-51页 |
| 4.5.1 数据采集的对象 | 第48页 |
| 4.5.2 气相色谱分析条件的选择 | 第48-49页 |
| 4.5.3 气相色谱仪定量分析方法的选择 | 第49-50页 |
| 4.5.4 色谱工作曲线 | 第50-51页 |
| 4.6 筛孔动能因子的计算 | 第51-56页 |
| 4.6.1 小型热模精馏塔 | 第51-53页 |
| 4.6.2 中试热模筛板精馏塔 | 第53-56页 |
| 第5章 实验结果与讨论 | 第56-74页 |
| 5.1 全回流操作条件的确定 | 第56-58页 |
| 5.1.1 操作稳定时间的确定 | 第56-57页 |
| 5.1.2 上升蒸汽量对塔顶产品浓度的影响 | 第57-58页 |
| 5.2 全回流传质效率的研究 | 第58-61页 |
| 5.2.1 塔釜浓度对全塔效率的影响 | 第58页 |
| 5.2.2 筛孔动能因子与全塔效率的关系 | 第58-59页 |
| 5.2.3 筛孔动能因子与默弗里板效率的关系 | 第59-60页 |
| 5.2.4 液相默弗里板效率与气相默弗里板效率 | 第60-61页 |
| 5.3 连续精馏操作条件的确定 | 第61-66页 |
| 5.3.1 连续精馏取样时间的确定 | 第61-62页 |
| 5.3.2 回流比的确定 | 第62-63页 |
| 5.3.3 进料温度的确定 | 第63-64页 |
| 5.3.4 进料量的确定 | 第64-65页 |
| 5.3.5 进料浓度的确定 | 第65-66页 |
| 5.3.6 塔顶采出量的确定 | 第66页 |
| 5.4 连续精馏传质效率的研究 | 第66-69页 |
| 5.4.1 进料温度对板效率的影响 | 第66-67页 |
| 5.4.2 加热功率对默弗里板效率的影响 | 第67-69页 |
| 5.5 与中试热模塔的比较 | 第69页 |
| 5.6 传质模型值与实验值的比较 | 第69-74页 |
| 5.6.1 AIChE模型研究 | 第70页 |
| 5.6.2 Chen,Chuang模型研究 | 第70-71页 |
| 5.6.3 Chan-Fair模型研究 | 第71-72页 |
| 5.6.4 三种模型下板效率的比较 | 第72-74页 |
| 第6章 结论与改进 | 第74-75页 |
| 6.1 结论 | 第74页 |
| 6.2 实验改进 | 第74-75页 |
| 参考文献 | 第75-78页 |
| 符号说明 | 第78-82页 |
| 致谢 | 第82页 |
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