논문 제목: 벤젠-염소 벤젠 분리 과정에서 연속 정류탑의 공정 설계.

문헌 총괄 및 조사 보고서: (연구 현황과 발전 추세, 본 연구의 의미와 가치, 참고 문헌)

1. 프로젝트 배경

디자인은 공사 건설의 영혼으로 공사 건설에서 주도적이고 결정적인 역할을 하며 공업 현대화 수준을 결정한다. 엔지니어링 설계는 과학 연구 성과가 현실 생산력으로 전환되는 교량과 유대이다. 디자인을 통해서만 공업 과학 연구 성과가 진정한 공업화 생산력으로 전환될 수 있다. 화공 설계는 정치, 경제, 기술, 환경 보호, 법률 법규 등을 포함하는 정책성이 강한 작업이다. 그리고 그것은 또한 다 분야, 다 분야 교차, 합성 및 조정을 포함 한다, 집단 노동 이다. 선진적인 디자인 사상, 과학적 설계 방법, 우수한 디자인 작품은 엔지니어링 디자이너가 지켜야 할 설계 방향과 목표이다. 화공 설계에서 화공 단위 설비의 설계는 전체 화공 프로세스와 설비 설계의 핵심이자 기초이며, 설계 과정의 시종일관 관통한다. 따라서 화공 전공 학부생으로서 화공 단위 설비의 설계 방법을 능숙하게 익히는 것이 중요하다.

정류는 액체 혼합물 (액화 가스 혼합물 포함) 을 분리하는 데 가장 많이 사용되는 단위 조작으로 화공 정유 석유화공 등에 광범위하게 적용된다. 정류과정에서 기액상은 에너지제 (때로는 질량제 추가) 에 의해 여러 차례 직접 접촉하여 분리한다. 액상 혼합물의 각 성분의 휘발도를 이용하여 휘발성 성분을 액상에서 기상으로 옮기고, 비휘발성 성분은 기상에서 액상으로 옮겨져 원료 혼합물의 각 그룹 분리를 실현한다. 이 과정은 전도와 열전달이 동시에 진행되는 과정이다.

이번 설계 임무는 벤젠과 클로로 벤젠의 분리를 달성하기 위해 일정한 용량의 정류탑을 설계하는 것이다. 이번 설계 임무 용량이 작기 때문에 벤젠-염소 벤젠 체계는 쉽게 분리되고, 처리해야 할 재료액이 깨끗해 체판탑을 선택하기로 했다. 본 과정 설계의 주요 내용은 자재 균형, 열 균형 계산, 프로세스 계산, 구조 설계 및 검사입니다. 작가 수준으로 제한한다면, 디자인에는 부족함과 오류가 있을 수밖에 없다. 비평하여 시정해 주십시오.

체판탑은 생산에서 가장 많이 사용되는 판판탑 중의 하나이다. 판탑은 구조가 간단하고, 제조 수리가 편리하고, 생산능력이 크며, 탑판의 압력 강하가 적고, 탑판의 효율이 높다는 장점이 있다. 벌써 1832 에 나왔어요. 오랫동안 작업 범위가 좁고 체공이 막히기 쉽다고 착각해 냉대를 받았다. 체판 구조는 간단하고, 원가가 낮으며, 큰 경제적 흡인력이 있다. 그 결과, 1950 년대 이래로 많은 연구자들이 체판탑을 다시 연구했다. 그 결과, 체판 탑의 작동 범위가 좁은 이유는 설계가 좋지 않은 경우 (주로 설계점이 낮고 누출되기 쉬운 경우), 잘 설계된 체판 탑의 작동 범위가 넓다는 것을 알 수 있다. 체공이 막히기 쉬운 문제는 큰 구멍 지름 체판으로 원만하게 해결할 수 있다.

1960 년대 초, 미국 증류 연구회사 (FRI) 는 산업 규모로 체판탑을 체계적으로 연구하고, 서로 다른 재료를 사용했으며, 서로 다른 조작 압력 하에서 체공 지름, 개공율, 위어 고등 구조 매개변수를 광범위하게 바꾸었다. 이러한 연구 성과는 체판탑의 설계를 더욱 완벽하게 하고, 큰 구멍 지름 체판의 설계 방법은 특허에 속한다. 국내에서도 대구경 체판에 대해 약간의 연구를 했다.

FRI 연구에 따르면 잘 설계된 체판은 효율이 높고 생산능력이 큰 탑판으로 체판의 보급 응용을 크게 촉진시켰다. 현재 체판은 이미 가장 널리 사용되는 범용 탑판으로 발전하였다. 우리나라에서는 체판의 응용이 점점 보편화되고 있다.

체판 증류탑은 전통적인 증류탑이라고 할 수 있다. 초기에는 설계상의 이유로 한때 공업 생산에 의해 무시되었다. 하지만 컴퓨팅 기술의 발전과 설계 수준 향상으로 체판탑은 제조업체의 중시와 사용을 받고 있다. 그 장점은 설비가 간단하고, 조작이 간단하고, 수리가 편리하고, 제조 비용이 낮다는 것이다.

연구 현황 및 개발 동향.

기체-액체 물질 전달 장비는 주로 판형 탑과 필러 타워의 두 가지 주요 범주로 나뉩니다. 증류 작업은 판형 탑 또는 충전식 탑을 사용할 수 있습니다. 판자탑은 여러 가지 유형의 단계적 접촉 기체-액체 물질 전달 장비입니다. 탑 보드의 기체-액체 접촉 요소에 따라 버블 칼럼, 플로트 밸브 타워, 스크린 타워, 다공성 판 타워, 혀 타워, 플로트 타워 및 플로트 제트 타워로 나눌 수 있습니다. 판자탑은 공업적으로 거품탑 (18 13) 과 체판탑 (1832) 으로 처음 사용되었습니다. 그 후, 특히 1950 년대 이후 석유와 화학공업이 급속히 발전하면서 S 판, 플로트 밸브 트레이, 다강액관 체판, 혀형 탑판과 같은 신형 탑판이 많이 등장했다. 현재 국내외 실제 사용 상황으로 볼 때, 탑판 유형은 주로 체판 탑, 플로트 밸브 탑, 버블링 탑이 있는데, 그중에서도 전자가 특히 광범위하게 응용되고 있다.

체판탑은 판자탑의 일종이다. 그 설계 의도는 증기 액체가 트레이에서 완전히 접촉하도록 하여 전도 저항을 줄이는 것이다. 반면에, 2 상은 전체적으로 역류를 유지하여, 더 큰 전도동력을 얻기 위해 탑판에 균일하게 서로 맞닿게 하는 것이다. (윌리엄 셰익스피어, 템플린, 과학명언) 안에는 가로판 몇 층이 있고, 판에는 작은 구멍이 많이 있어 병풍처럼 보인다. 넘침 파이프가 있거나 없습니다. 작동 시 액체가 탑 꼭대기에서 들어와 오버플로 튜브 (부분적으로 체공을 통해) 를 통해 판별로 내려가 판에 액체 층을 쌓는다. 기체 (또는 증기) 가 탑 밑바닥에서 들어와 체공을 통해 액체층을 통과해 부풀어 나와 두 상이 완전히 접촉하고 상호 작용할 수 있게 한다. 버블 접촉 기체-액체 물질 전달 과정의 한 형태로 버블 칼럼보다 성능이 우수합니다. 체판 장착 높이의 어려움을 극복하기 위해 순환체판을 개발했다. 저부하에서 체판의 누출을 극복하기 위해 판 아래에 디스크가 있는 체판을 설계했다. 체판에 안개가 끼는 것을 줄이고, 판 간격을 줄이고, 베젤이 있고, 판에 볼록한 구멍이 있는 체판을 만들고, 수입 위어 대신 기울어진 거품플랫폼으로 대체한다. 린드 체판에는 탑판에 가스탱크가 설치되어 있다. 체판탑은 H2S-H2O 이중 온도 교환 과정에서 널리 사용되는 냉열탑으로 증류, 흡수 및 먼지 제거에 사용됩니다.

체판탑은 전도과정에서 흔히 볼 수 있는 탑장비로, 그 주된 장점은 다음과 같다.

(1) 구조는 플로트 타워보다 간단하고 가공하기 쉬우며, 그 비용은 버블링 타워의 약 60%, 플로트 밸브 타워의 80% 입니다.

(2) 처리 능력이 뛰어나 같은 탑 직경의 슈라우드탑에 비해 10 ~ 15% 를 높일 수 있다.

(3) 타판 효율은 드럼탑보다 65438 05% 높다.

(4) 압력이 낮아져 각 판의 압력이 버블 칼럼보다 약 30% 낮습니다.

스크린 타워의 단점은 다음과 같습니다.

(1) 트레이 설치 수준이 높아야 합니다. 그렇지 않으면 기체-액체 접촉이 균일하지 않습니다.

(2) 작동 탄성이 작다 (약 2 ~ 3).

(3) 작은 구멍 체판은 막히기 쉽다.

현재 널리 사용되고 있는 린드체판은 미국 연합탄화물회사의 린드 자회사가 개발한 것이다. 저압 강하가 필요한 공기 분리 정류탑에 가장 먼저 사용되었고 1963 이후 을벤젠-스티렌정류장치에 사용되었습니다. 1970 년대, 많은 회사의 120 여 개의 감압 증류탑은 린드체를 사용했는데, 그 중 지름이 5.0 m 를 넘는 것은 45 개, 최대 지름은 1 1.5 m .. 린드체판은 이 개선은 효과적인 버블 링 영역을 늘리고, 트레이 작동을 버블 링에서 스프레이로 변경하고, 액체 레벨 구배를 줄이면서 가스 분포를 균일하게 하여 건판 압력 강하를 줄이고, 안개 클램프를 줄이고, 물질 전달 효율을 높입니다. 현재 국내에는 이미 10 여 대의 설비가 중운행 린드체를 사용하고 있다.

정류는 가장 널리 응용되는 전도와 분리 작업이며, 그 광범위한 응용은 이미 그 기술을 상당히 성숙하게 만들었지만, 기술의 성숙은 앞으로 더 이상 발전과 정체가 필요하지 않다는 것을 의미하지 않는다. 성숙한 기술의 개발은 종종 더 많은 정력을 필요로 하지만, 응용이 광범위하기 때문에, 모든 진보는 작은 진보라도 큰 경제적 이득을 가져올 수 있다. 이 때문에 증류에 대한 연구는 여전히 광범위한 관심을 받고 끊임없이 진전을 이루고 있다.

정류과정의 열역학 효율과 에너지 절약을 높이는 것은 줄곧 사람들의 관심의 연구 분야였다. 열 통합 및 그립 분석의 개념을 이용하여 분리 시퀀스의 합성, 에너지 절약 분리 프로세스의 개발 및 열교환 네트워크의 최적화, 구체적인 분리 과정에서 열 펌프, 다중 효과 증류, 중간 리보일러, 중간 냉응기를 합리적으로 적용해 에너지 절약을 실현하는 것은 줄곧 많은 관심을 받고 있는 활발한 연구 분야였다.

일반 정류가 분리하기 어렵거나 불가능한 자재에 대해서는 추출 정류와 공비 정류의 분리 공예를 개발하고 정류와 반응을 결합하고 반응정류를 발전시키는 것도 주목할 만한 연구 분야로 정류의 적용 범위를 넓히고 경제효과를 높이는 데 큰 의미가 있다.

정교화공의 발전에 따라 간헐적 정류의 응용이 점점 더 광범위해지고 있으며, 그 연구도 응당한 중시를 받았다. 다양한 새로운 운영 모델을 개발하면 에너지 소비를 절약하고 가동 시간을 단축할 수 있습니다. 간헐적 증류막 유지율의 시뮬레이션 계산은 어느 정도 진전을 이루었으며, 설계와 지도 조작에 중요한 의의가 있다.

보다 신뢰할 수 있는 효율성과 압력 강하 모델을 개발하기 위해서는 실측 데이터, 특히 산업 규모 실험 데이터를 중시해야 합니다. 이는 모델 구축 및 검증의 기초입니다. 1960 년대와 1970 년대에 미국 증류 연구사 등은 일련의 산업 규모 실험을 실시하여 매우 가치 있는 실측 데이터를 얻어 각종 모델의 건립과 현상 인식의 심화를 위한 중요한 토대를 마련했다.

증류의 연구 작업은 줄곧 매우 활발하고 끊임없이 성과를 거두었다. 각종 신형 분리 방법의 지속적인 발전과 공업 응용에 따라 석유, 가스, 석유화학, 의약, 농산물 화학에서의 중요한 역할은 변하지 않고, 주요 분리 방법으로서의 지위는 흔들리지 않을 것이다. 필이 1987 국제증류회의에서 지적한 바와 같이, "혼합물이 증류로 분리될 수 있다면 경제적으로 매력적인 방법은 증류일 수 있다." 과학기술과 공업 생산 수준이 높아짐에 따라 정류의 응용이 매우 광범위하다. 기술 수준을 한 단계 더 높이고 끊임없는 노력을 통해 더욱 완벽해지는 것이 중요하다.

3 연구의 의의와 가치

본 설계는 연속적인 정류를 이용하여 벤젠-염소 벤조 이원 혼합물을 분리한다. 연속 증류탑은 상압에서 작동하며, 분리된 벤젠-염소 벤젠 이원 혼합물은 연속 증류탑의 중부에서 탑으로 들어와 일정한 역류비 하에서 연속 증류탑의 꼭대기에서 적정한 벤젠을 채취하고 탑 밑바닥에서 염소 벤젠을 채취하는데, 그 중 염소 벤젠의 순도는 99.5% 이상이다.

직경이 큰 설비를 탑이라고 합니다. 탑 설비는 화공과 정유 생산에서 가장 중요한 설비 중의 하나이다. 가스 (또는 증기) 액체 또는 액체-액체 2 상을 밀접하게 접촉시켜 상간 전도 열전달의 목적을 달성할 수 있다. 타워 장비에서 수행할 수 있는 일반적인 단위 작업은 증류, 흡수, 탈착 및 추출입니다. 또한 산업 가스의 냉각 및 재활용, 가스의 습식 정화 및 건조, 가스 및 액체 전도와 열전달이 있는 가습 및 제습 등이 있습니다.

화공이나 정유 공장에서 타워 설비의 성능은 공장 전체의 제품 생산량, 품질, 생산 능력 및 소비 쿼터, 삼폐통치와 환경보호에 큰 영향을 미친다. 관련 자료에 따르면 타워 설비의 투자비용은 전체 공정 설비 투자비용의 상당 부분을 차지한다. 이에 따라 타워 설비의 설계와 연구는 화공과 정유업계의 높은 중시를 받았다.

물질 전달 과정에 주로 사용되는 타워 장비로서 먼저 기체 (증기) 와 액체를 충분히 접촉시켜 높은 물질 전달 효율을 얻어야 한다. 게다가, 공업 생산의 수요를 만족시키기 위해서 타워 설비는 다음과 같은 전도효율도 고려해야 한다. 또한, 산업 생산의 요구를 충족 하기 위해, 타워 장비는 또한 다음과 같은 요구 사항을 고려해 야 합니다:

(1) 생산능력이 크다. 큰 가스 (증기) 유류에서는 대량의 안개 클립, 액체 막힘 또는 유범 현상이 나타나지 않아 정상적인 작동을 손상시킨다.

(2) 운행이 안정적이고 탄력이 높다. 타워 설비의 기체 (증기) 의 부하 변동이 심할 때, 여전히 작동을 안정시켜 전도효율이 높다. 그리고 타워 설비는 장기 연속 운행을 보장해야 한다.

(3) 유체 흐름에 대한 저항은 작다. 즉, 타워 장비를 통과하는 유체의 압력 강하는 매우 작습니다. 이를 통해 생산 중 전력 소비를 크게 절감하고 일상적인 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 진공 증류 작업의 경우 압력 강하가 크면 시스템이 필요한 진공도를 유지할 수 없게 됩니다.

(4) 구조가 간단하고, 재료 소비가 적고, 제조와 설치가 쉽다. 이렇게 하면 자본 건설 과정의 투자 비용을 낮출 수 있다.

(5) 내식성, 막힘, 조작, 조정 및 유지 보수가 용이합니다.

사실, 어떤 기존 탑형도 위의 모든 요구 사항을 완전히 충족시킬 수는 없지만, 어떤 면에서는 독특하다.

디자인 작업에 따르면, 설계된 타워는 스크린 타워입니다. 체판탑은 아주 일찍 나타난 판형탑이다. 1950 년대 이후 체판탑에 대한 대량의 공업 규모 연구가 진행되면서 체판탑의 성능을 점차 파악하고 비교적 완벽한 설계 방법을 형성하였다. 거품탑과 비교했을 때, 체판탑은 생산능력이 20 ~ 40%, 탑판 효율이 10- 15%, 압력이 30 ~ 50% 낮고, 구조가 단순하고, 탑판이 간단하다는 장점이 있다. 따라서 장기적인 방치에 반대하는 데 널리 사용되고 있다. 최근 몇 년 동안 체판의 연구는 여전히 발전하고 있으며, 큰 구멍 지름 체판 (구멍 지름 최대 20-25mm), 가이드 체판 등 다양한 형태가 있다.

체판은 체공 영역, 구멍이 없는 영역, 넘침, 강액관으로 나뉜다. 공업탑에서 일반적으로 사용되는 체공지름은 3-8mm 로 정삼각형으로 배열되어 있으며, 간격과 구멍 지름의 비율은 2.5-5 입니다. 최근 몇 년 동안 큰 구멍 지름 (10-25mm) 체판이 생겨 제조가 쉽고 막히기 쉽지 않다는 장점이 있지만, 야간 누출점이 낮아 조작탄력이 적다.

이 과제는 이론 교수와 실제 응용을 결합하여 실제 문제를 처리하는 능력을 향상시키는 데 도움이 된다. 본 과제의 학습을 통해 정류과정의 기본 원리에 대한 이해를 깊게하고, 체판 정류탑의 공예 설계 방법을 익히고, 우리의 설계 능력을 배양할 수 있다.

이 공예 구조는 단순하고, 비용이 저렴하며, 조작이 유연하며, 매우 강한 엔지니어링 실용적 가치를 가지고 있다. 이 공예의 보급은 우리나라 공업 생산 과정에서 에너지 절약 기술의 진보를 가속화하고 대량의 관련 기술과 산업의 발전을 촉진할 것이다.

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