填料塔论文前言_填料塔设计摘要
填料塔论文前言
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：年处理量1.0万吨甲苯-水混合液的填料塔的设计
函授站： 专业： 化工工艺 班级：xx
学生： xx 指导教师：
1．设计（论文）的主要任务及目标
塔设计计算：
a塔工艺计算（物料和能量衡算）
b 塔及塔板主要工艺尺寸的设计计算
⑶ 对苯精馏塔的流体力学验算
⑷ 相关辅助设备选型与计算
⑸ 设计结果及分析讨论
2．设计（论文）的基本要求和内容
⑴ 论文内容符合毕业设计撰写规范。
⑵ 数据可靠、真实，具有一定的代表性。
⑶ 计算过程细化、符合规范要求。
⑷ 要求论文图纸包括：生产工艺流程控制图、塔的部分装配图、X-Y图、塔板负荷性能图。
3．主要参考文献
⑴陆美娟.《化工原理》.化学工业出版社.2001年1月第1版
⑵冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版
⑶包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月
⑷陈洪钫.《化工分离过程》.化学工业出版社.1995年5月第1版
⑸陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1
关键词：回流比、精馏、泡点进料、设备、试差
目 录
前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1章 精馏方案的说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1.1节 操作压力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1.2节 进料状态．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.3节 采用强制回流（冷回流）．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.4节 塔釜加热方式、加热介质．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.5节 塔顶冷凝方式、冷却介质．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.6节 流程说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.7节 筛板塔的特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）
第1.8节 生产性质及用途．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）
第1.9节 安全与环保．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（11）
第2章 烯烃加氢饱和单元分析．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）
第2.1节 反应机理及影响因素分析
第2.2节 物料平衡
第2.3节 能量平衡
第3章 精馏塔设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）
第3.1节塔的工艺计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.（12）
第3.2节塔和塔板主要工艺尺寸的设计计算．．．．.（25）
第4章 塔的流体力学验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）
第4.1节校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）
第4.2节负荷性能图计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（34）
第5章 辅助设备选型计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）
第5.1节换热器的计算选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）
第5.2节 管道尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（44）
第5.3节 原料槽、成品槽的确定．．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6章 设计结果概要及分析讨论．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6.1节数据要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6.2节设计特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）
第6.3节 存在的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（47）
符号说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（48）
附录1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录2．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录3．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录4．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
前言
本论文是针对工业生产中苯-甲苯溶液这一二元物系中进行苯的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏塔的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器、塔底再沸器、相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关《化工原理》、《化学工程手册》、《冷换设备工艺计算手册》、《炼油设备基础知识》、《石油加工单元过程原理》等方面的资料，为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。
通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力，为今后在工作中进一步发挥作用打下了良好的基础。
第1章 精馏方案的说明
本精馏方案适用于工业生产中苯-甲苯溶液二元物系中进行苯的提纯。精馏塔苯塔的产品要求纯度很高，达99.9％以上，而且要求塔顶、塔底产品同时合格，以及两塔顶温度变化很窄(0.02℃)，普通的精馏温度控制远远达不到这个要求。故在实际生产过程控制中只有采用灵敏板控制才能达到要求。故苯塔采用温差控制。
第1.1节 操作压力
精馏操作在常压下进行，因为苯沸点低，适合于在常压下操作而不需要进行减压操作或加压操作。同时苯物系在高温下不易发生分解、聚合等变质反应且为液体（不是混合气体）。所以，不必要用加压减压或减压精馏。另一方面，加压或减压精馏能量消耗大，在常压下能操作的物系一般不用加压或减压精馏。
第1.2节 进料状态
进料状态直接影响到进料线（q线）、操作线和平衡关系的相对位置，对整个塔的热量衡算也有很大的影响。和泡点进料相比：若采用冷进料，在分离要求一定的条件下所需理论板数少，不需预热器，但塔釜热负荷（一般需采用直接蒸汽加热）从总热量看基本平衡，但进料温度波动较大，操作不易控制；若采用露点进料，则在分离要求一定的条件下，所需理论板数多，进料前预热器负荷大，能耗大，同时精馏段与提馏段上升蒸汽量变化较大，操作不易控制，受外界条件影响大。
泡点进料介于二者之间，最大的优点在于受外界干扰小，塔内精馏段、提馏段上升蒸汽量变化较小，便于设计、制造和操作控制。
第1．3节 采用强制回流（冷回流）
采用冷回流的目的是为了便于控制回流比，回流方式对回流温度直接影响。
第1．4节 塔釜加热方式、加热介质
塔釜采用列管式换热器作为再沸器间接加热方式，加热介质为水蒸汽。
第1．5节 塔顶冷凝方式、冷却介质
塔顶采用列管式冷凝冷却器，冷却介质用冷却水。
第1．6节 流程说明
由于上游装置没有后加氢单元，所以在重整反应过程中生成的烯烃会带到本装置原料中， 烯烃的存在，会导致苯、甲苯产品的酸洗比色不合格，因此必须进行烯烃的加氢饱和。
本装置流程包括烯烃加氢反应单元和精馏单元两部分。
烯烃加氢反应单元：原料经过进料泵加压后进入换热器E101与反应生成油交换热量后，进入加热炉L101进行加热，再进入反应器R101，经过烯烃饱和加氢反应后进入热交换器E101冷却后，进入油气分离器V101，油进入精馏原料中间罐。
本精馏方案采用节能型强制回流进行流程设计，并附有在恒定进料量、进料组成和一定分离要求下的自动控制系统以保证正常操作。
精馏过程：30OC原料液从原料罐经进料泵进入原料换热器E102再经原料预热器进行预热进一步预热至泡点（97.65OC，加热介质为水蒸汽），温度升至约97.65oC,从进料口进入精馏塔T101进行精馏，塔顶气温度为81.52oC部分冷凝后的气液混合物进入塔顶冷却器（冷却介质为冷却水），冷凝后的物料进入回流罐V102，然后再通过回流泵，将料液一部分作为回流也打入塔顶，另一部分作为塔顶产品经产品冷却器进入产品储罐V103，再经产品泵P104/AB输送产品。塔釜内液体一部分进入再沸器E103，经水蒸汽加热后，回流至塔釜，另一部分与原料换热器换热后排入甲苯储罐。在整个流程中，所有的泵出口都装有压力表，所有的储槽都装有放空阀，以保证储槽内保持常压。
第1.7节 筛板塔的特性
筛板塔是最早使用的板式塔之一，它的主要优点：
（1）结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀塔的80%左右；
（2）在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%-40%；
（3）塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；
（4）气体压力降较小，每板压力降比泡罩塔约低30%左右。
筛板塔的缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。
第1.8节 生产性质及用途
1.8.1 苯的性质及用途
苯是一种易燃、易挥发、有毒的无色透明液体，易燃带有特殊芳香气味的液体。分子式C6H6，相对分子量78.11，相对密度0.8794(20℃)，熔点5.51℃，沸点80.1℃，闪点-10.11℃(闭杯)，自燃点562.22℃，蒸气密度2.77kg/m3，蒸气压13.33kPa(26.1 ℃)， 标准比重为0.829。蒸气与空气混合物爆炸限1.4%～8.0%。不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油混溶。遇热、明火易燃烧、爆炸。能与氧化剂，如五氟化溴、氯气、三氧化铬、高氯酸、硝酰、氧气、臭氧、过氯酸盐、(三氯化铝+过氯酸氟)、(硫酸+高锰酸盐)、过氧化钾、(高氯酸铝+乙酸)、过氧化钠发生剧烈反应，不能与乙硼烷共存。苯是致癌物之一。苯是染料、塑料、合成树脂、合成纤维、药物和农药等的重要原料，也可用作动力燃料及涂料、橡胶、胶水等溶剂。质量标准：见表1－1。
表1-1 纯苯质量标准（GB/T2283-93）
项目 指标
特级 一级 二级 三级
外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有0.003g重铬酸钾溶液的颜色
密度（20℃）/kg/m3
沸程/℃
大气压下（80.1℃）
酸洗比色
溴价/(g/100mL)
结晶点/℃
二硫化碳/(gBr/100mL)
噻吩/(g/100mL) 876~880
中性实验 中性
水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水
1.8.2 甲苯的性质
甲苯有强烈的芳香气味，无色有折射力的易挥发液体,气味似苯。分子式C7H8，相对分子质量92.130，相对密度0.866(20℃/4℃)，熔点-95～-94.5℃，沸点110.4℃，闪点4.44℃(闭杯)，自燃点480℃，蒸气密度3.14 kg/m3，蒸气压4.89kPa(30℃) 比重D 4℃20℃、0.866，，蒸气与空气混合物的爆炸极限为1.27%～7%。几乎不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、冰醋酸、二硫化碳混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。遇明火或与(硫酸+硝酸)、四氧化二氮、高氯酸银、三氟化溴、六氟化铀等物质反应能引起爆炸。流速过快(超过3m/s)有产生和积聚静电危险。甲苯可用氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法之前染料、医药、香料等中间体及炸药、精糖。由于甲苯的结晶点很低，故可用作航空燃料及内燃机燃料的添加剂。质量标准：见表1－2。
表1-2 甲苯质量标准（GB/T2284-93）
项目 指标
特级 一级 二级
外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有0.003g重铬酸钾溶液的颜色
密度（20℃）/(kg/m3)
沸程/℃
大气压下（110.6℃）
酸洗比色
溴价/（gBr/100mL） 863~868
中性实验 中性
水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水
第1.9 安全与环保
1.9.1 安全注意事项
苯类产品是易燃、易爆、有毒的无色透明液体，其蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，因此，应特别注意防火，强化安全措施。
（1）不准有明火和火花，设备必须密封，以减少苯蒸汽挥发散发入容器中，设备的放散管应通入大气，其管口用细金属网遮蔽，使贮槽或蒸馏设备中的苯类产品不致因散出蒸汽回火而引起燃烧，厂房应设有良好的通风设备，防止苯类蒸汽的聚集。
（2）所有金属结构应按规定在几个地点上接地，为防止液体自由下落而引起静电荷的产生，将引入贮槽中所有管道均应安装到接近贮槽的底部，电动机应放在单独的厂房内。
（3）应设有泡沫灭火器和蒸汽灭火装置，不能用水灭火。
（4）工人进入贮槽或设备进行清扫或修理前,油必须全部放空,所有管道均需切断,设备应用水蒸汽彻底清扫后才允许进入并注意通风,检修人员没有动火证严禁在生产区域内动火。
（5）进入生产区域或生产无关人员，不得乱动设备和计量仪表等。
（6）及时清除设备管线泄漏情况，严防中毒着火、爆炸等事故的发生。
（7）泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗，洗液稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，抑制蒸发。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。
1.9.2 环境保护
认真执行环境保护方针、政策、坚持污染防治设施与生产装置同时设计、同时施工、同时投产。现将“三废”治理措施分析述如下：
（1）废水：各设备间接冷却水回收用于炼焦车间熄焦用，工艺产品分离水送往生化装置进行处理。设备冲洗水经初步沉淀和油水分离后送入生化处理。
（2）废气：水凝气体回收引入列管户前燃烧，产品贮槽加水喷淋装置和氮密封措施，防止挥发污染大气环境。
（3）废渣：生产过程中生产的废渣送往回收工段作为原料使用。
定期检测个生产岗位苯含量和生产下水中各污染均含量，严防超标现象的发生。
第2章 烯烃加氢饱和单元分析
2.1 反应机理及影响因素分析
（1）反应机理
单烯烃 CnH2n+H2→CnH2n+2
双烯烃 CnH2n-2+2H2→CnH2n+2
环烯烃
烯烃的加氢饱和反应也为耗氢和放热反应。
(2) 烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素
烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素除催化剂性能外，主要有原料性质、反应温度、反应压力、氢油比和空速等。
①原料性质
加工烯烃含量较高的原料时，需要较高的反应苛刻度（即较高的反应压力和反应温度，较低的反应空速）。此外一定要注意原料油罐的惰性气体保护，最好是直接进装置，避免中间与空气接触发生氧化生成胶质，导致催化剂失活加快。
②反应温度
反应温度通常是指催化剂床层平均温度。烯烃的加氢饱和反应是一种放热反应，提高反应温度不利于加氢反应的化学平衡，但能明显提高化学反应速度，提高精制深度。过高的反应温度会促进加氢裂化副反应的发生，使产品液体收率下降，导致催化剂上积炭速率加快，降低催化剂使用寿命；反应温度过低，不能保证将杂质除净。
在很高温度下，烯烃饱和度有一个明显的限制，结果使在高温操作比低温操作的产品中有更多的残存烯烃，当原料中有明显的轻组分，使用新催化剂时硫化氢与烯烃反应生成醇，在较低温度下操作可避免硫醇的生成。
根据催化剂活性和原料油中的烯烃含量，一般预加氢的反应温度为150～180℃。随着运转时间的延长，逐步提高反应温度，以补偿催化剂的活性降低。
③反应压力
当要求一定的产品质量时，压力的选择主要是考虑催化剂的使用寿命和原料油中的烯烃含量。一般而言，压力愈高，催化剂操作周期愈长；原料油烯烃含量愈高，选择操作压力也愈高。提高反应压力将促进加氢反应速度，增加精制深度，并可保持催化剂的活性。但压力过高会促进加氢裂解反应，使产品总液收下降，同时过高的反应压力会增加投资及运转费用。
④氢油比
所谓氢油比是反映标准状态时，氢气流量与进料量的比值。可用H2/HC表示。提高氢油比，不仅有利于加氢反应的进行，并能防止结焦，起到保护催化剂的作用。但是，在原料油进料一定的情况下，氢油比过大会减少原料油与催化剂接触时间，反而对加氢反应不利，导致精制深度下降，产品质量下降，同时也增大了系统压降和压缩机负荷，操作费用增加。
⑤空速
空速指单位（质量或体积）催化剂在单位时间内处理的原料量，简写为h-1 。空速分为质量空速和体积空速。常用体积空速（LHSV），它的倒数相当于反应接触时间，称为假接触时间。因此空速的大小意味着原料与催化剂接触时间的长短。空速过大，即单位催化剂处理的原料量越多，其接触时间应越短，影响了精制深度；空速过小增加了加氢裂解反应，使产品液收率下降，运转周期缩短，降低了装置的处理量。
2.2 物料平衡
表2-1烯烃加氢反应单元物料数据 单位：吨/日
入 方 出 方
原料油 43.2 精馏进料 42.32
氢气 0.52 损失 1.40
合计 43.72 合计 43.72
2.3 能量平衡（以加热炉为例）
2.3.1 原料进出加热炉数据
原料进出加热炉数据见表2-2。
表2-2 原料进出加热炉数据
入 方（80℃） 出 方（160℃）
单位
项目 组成 数据 焓值 热量 单位
项目 组成 数据 焓值 热量
m% Kcal/kg wkcal m% Kcal/kg wkcal
原
料
油 苯 0.7 130 16.38 原
料
油 苯 0.7 154 19.40
甲苯 0.3 128 6.912 甲苯 0.3 158 8.532
烯烃 烯烃
氢气 540 1.170 氢气 1090 2.362
合计 24.462 合计 30.294
注：原料中烯烃含量很少在计算过程中可忽略不计。
2.3.2 加热炉热平衡
由表2-2可以知道，原料油经过加热炉后，热量增加值为：5.832wkcal/t.
加热炉需要燃烧瓦斯进行提供。加热炉用瓦斯组成见表2-3。
表2-3 加热炉用瓦斯组成及焓值计算表
成份组成 体积热值 分析数据 焓值
1 氢气 2650 44.91 1190.115
2 氧气 0 11.73 0
3 氮气 0 40.56 0
4 二氧化碳 0.02 0
5 一氧化碳 3018 0 0
6 甲烷 8529 1.61 137.3169
7 乙烷 15186 0.48 72.8928
8 乙烯 14204 0.42 59.6568
9 丙烷 21742 0.05 10.871
10 丙烯 20638 0.07 14.4466
11 异丁烷 26100 0.03 7.83
12 正丁烷 28281 0.03 8.4843
13 正丁烯 27160 0.02 5.432
14 异丁烯 27160 0.01 2.716
15 反丁烯 27160 0.02 5.432
16 顺丁烯 27160 0.01 2.716
17 碳五以上 34818 0.03 10.4454
合计 100 1528.3548
第七章 参考文献
1 化工原理》上下册.化学工业出版社.2006年5月第3版
2 冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版
3 包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月
4 陈洪钫.《化工分离过程》，化学工业出版社，1995年5月第1版
5 陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1版
6 沈复等.《石油加工单元过程原理》上下册.中国石化出版社.2004年8月第1版
7.刘巍等.《冷换设备工艺计算手册》.中国石化出版社.2003年9月第1版
8.马秉骞主编.《炼油设备基础知识》中国石化出版社.2003年1月第1版
9.周志成等.《石油化工仪表自动化》中国石化出版社.1994年5月第1版
10.田顾慧.《化工设备》中国石化出版社.1996年6月第1版
11.沈复 李阳初.《石油加工单元过程原理》中国石化出版社.2004年8月第1版
12.陆美娟.《化工原理》化学工业出版社. 2006年1月第10版
符号说明
A 换热面积 m2
Aa 鼓泡区面积 m2
Af 降液管横截面积 m2
An 有效传质区面积 m2
Ao 筛孔面积 m2
AT 塔横截面积 m2
A 质量分率 -
C 负荷系数 -
CP 比热 KJ/Kg．OC(KJ/Kg．K)
D 塔顶产品流率 Kmol/h(Kg/h)
Dg 公称直径 m
DT 塔径 m
D 管内径 mm
d1 管外径 mm
do 孔径 mm
dm 管平均直径 mm
E 液流收缩系数 -
ET 全塔板效率 -
ev 雾沫夹带量 Kg液体/Kg气体
F 进料流率 Kmol/h(Kg/h)
H 塔高 m
HL 板上清夜层高度 mm
HT 板间距 m
Hd 降液管内清夜层高度 m
HD 塔顶空间高度 m
HB 塔底空间高度 m
hd 气体通过干板压降 m
ho 降液管下沿到塔板间距离 m
how 溢流堰上液头高 m
hp 气体通过塔扳压降 m
hr 液体通过降液管的压降 m
hw 溢流堰高度 m
hσ 液体表面张力引起的压降 m
Ko 以内壁为基准的总传热系数 Kcal/m2．H．oC
K 稳定系数
L 液体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)
lW 溢流堰堰长
ms 冷却剂质量流量 Kg/h
N 实际塔板数 -
NT 理论塔板数 -
Nt 换热器总管数 -
N 开孔数
Q 换热器热负荷 W
R 回流比 -
Rmim 最小回流比 -
Rsi 换热管内垢阻系数 m2•h•oC/Kcal
r 气化潜热 KJ/Kg
Tc 临界温度 K
T 孔间距 mm
Tp 板厚度 mm
ua 以鼓泡区面积为基准的气速 m/s
uf 液泛气速 m/s
un 空塔气速 m/s
uo 以筛孔面积为基准的气速 m/s
uow 漏液点气速 m/s
V 塔内上升气体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)
W 塔釜采出液体量 Kmol/h(Kg/h)
Wc 边缘区宽度 m(mm)
Wd 降液管宽度 m(mm)
Ws 塔板入口安定区宽度 m(mm)
Ws’ 塔板出口安定区宽度 m(mm)
X 液相摩尔分率 -
Y 气相摩尔分率 -
A 相对挥发度 -
Ai 以内壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oC
Ao 以外壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oC
β 充气系数 -
σ 表面张力 dyn/cm2
ρL 液相密度 Kg/m3
ρv(g) 气相密度 Kg/m3
μ 粘度 Cp
开孔率 -
Ф 装料系数 -
τ 停留时间 s
λ
谁有填料塔的论文啊？
你说的不详细啊，要设计一个填料塔吗？还是就介绍一下
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The gas phase catalytic oxidation - the alkali absorption method to handle NOx industrial emissionsPreliminary design of process systemsAbstractNitrogen oxides (NOx) cause great harm to the ecological environment and human health, one has become an important research topic for the field of environment. [14] The denitration method commonly used in industrial emissions containing NOx absorption method, oxidation - absorption and adsorption. The design for the pharmaceutical factory emissions including NOx exhaust gas oxidation, the emission characteristics of normal temperature and pressure, using a vapor phase catalytic oxidation - alkali absorption process design process include: the exhaust of NOx in addition to water and oxidation, two absorber to absorb NOx emissions, byproducts of separation purification of NaNO2 and NaNO3 the separation and purification of three parts. The selection of activated carbon oxidation which, in addition to water adsorbent, catalyst selection of ZSM-5 zeolite, the absorber tower, absorption solution using NaOH s: After two absorber absorption treatment, the final NOx concentration of export emissions 0.14mg/m3 emission flow rate of 1.256kg / h, less than the national NOx emission standard (GB16297-1996): the concentration of ≤ 0.15mg/m3 40m row The pump flow rate ≤ 4.4kg / h. Absorption of liquid by simple treatment with a certain economic value byproduct NaNO2380.1t / a, and NaNO3423.7t / a. (Yield) of total operating costs of 2.5553 million yuan / year, by-product benefits of 2.1658 million yuan / year, the actual operating costs 389,500 yuan.
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食品加工论文 范文 一：食品工业泡沫分离技术的应用
泡沫分离又称泡沫吸附分离技术，是以气泡为介质，以各组分之间的表面活性差为依据，从而达到分离或浓缩目的的一种分离 方法 [1].20世纪初，泡沫分离技术最早应用于矿物浮选，后来应用于回收工业废水中的表面活性剂.直到20世纪70年代，人们开始将泡沫分离技术应用于蛋白质与酶的分离提取[2-3].目前，在食品工业中，泡沫分离技术已经应用于蛋白质与酶、糖及皂苷类有效成分的分离提取.由于大部分食品料液都有起泡性，泡沫分离技术在食品工业中的应用将越来越广泛.
1泡沫分离技术的原理及特点
1.1泡沫分离技术的原理
泡沫分离技术是依据表面吸附原理，基于液相中溶质或颗粒之间的表面活性差异性.表面活性强的物质先吸附于分散相与连续相的界面处，通过鼓泡形成泡沫层，使泡沫层与液相主体分离，表面活性物质集中在泡沫层内，从而达到浓缩溶质或净化液相主体的目的.
1.2泡沫分离技术的特点
1.2.1优点
(1)与传统分离稀浓度产品的方法相比，泡沫分离技术设备简单、易于操作，更加适合于稀浓度产品的分离.(2)泡沫分离技术分辨率高，对于组分之间表面活性差异大的物质，采用泡沫分离技术分离可以得到较高的富集比.(3)泡沫分离技术无需大量有机溶剂洗脱液和提取液，成本低、环境污染小，利于工业化生产.
1.2.2缺点
表面活性物质大多数是高分子化合物，消化量比较大，同时比较难回收.此外，溶液中的表面活性物质浓度不易控制，泡沫塔内的返混现象会影响到分离效果[4].
2泡沫分离技术在食品工业中的应用
2.1蛋白质的分离
在分离蛋白质的过程中，表面活性差异小的蛋白质，吸附效果受到气-液界面吸附结构的影响，因此蛋白质表面活性的强度是考察泡沫分离效果的主要指标.谭相伟等[5]研究了牛血清蛋白与酪蛋白在气-液界面的吸附，并发现酪蛋白对牛血清蛋白在气-液界面处的吸附有显著影响.此后，Hossain等[6]利用泡沫分离技术对β-乳球蛋白和牛血清蛋白进行分离富集，结果得到96%β-乳球蛋白和83%牛血清蛋白.Brown等[7]采用连续式泡沫分离技术从混合液中分离牛血清蛋白与酪蛋白，结果表明酪蛋白的回收率很高，而大部分的牛血清蛋白留在了溶液中.Saleh等[8]研究了利用泡沫分离法从乳铁传递蛋白、牛血清蛋白和α-乳白蛋白3种蛋白混合液中分离出乳铁传递蛋白，在牛血清蛋白和α-乳白蛋白的混合液中加入不同浓度的乳铁传递蛋白，并不断改变气速，优化了最佳工艺条件.结果得出：在最佳工艺条件下，87%的乳铁传递蛋白留在溶液中，98%牛血清蛋白和91%α-乳白蛋白存在于泡沫夹带液中.由此可见，利用泡沫分离法可以有效地从3种蛋白质混合液中分离出乳铁传递蛋白.Chen等[9]利用泡沫分离技术从牛奶中提取免疫球蛋白.考察了初始pH值、初始免疫球蛋白浓度、氮流量、柱的高度及发泡时间等因素对反应的影响，结果表明：采用泡沫分离方法可以有效地从牛奶中分离出免疫球蛋白.Liu等[10]从工业大豆废水浓缩富集大豆蛋白，最佳工艺条件:温度为50℃，pH值为5.0，空气流量为100mL?min-1，装载液体高度为400mm，得到大豆蛋白富集比为等[11]为了提高泡沫析水性，研发了一种新型的利用铁丝网进行整装填料的泡沫分离塔，利用铁丝网整体填料塔泡沫分离法对牛血清蛋白进行分离.通过研究填料对气泡大小、持液量、富集比和在不同条件下以牛血清蛋白水溶液作为一个参考物的有效收集率的影响，评价填料的作用.结果表明，填料可以加速气泡破裂、减少持液量、提高泡沫析水性和牛血清蛋白的富集比.研究表明，在积液量为490mL，空气流速为300mL?min-1，牛血清蛋白初始浓度为0.10g?L-1，填料床高度为300mm和初始pH值为6.2的条件下，最佳的牛血清蛋白富集比为21.78，是控制塔条件下富集比的2.44倍.刘海彬等[12]以桑叶为原料，采用泡沫分离法对桑叶蛋白进行分离，并分析了影响分离效果的主要因素，结果测得桑叶蛋白回收率为92.50%、富集比为7.63.由此可见，利用泡沫分离法对桑叶进行分离可得到含量较高的桑叶蛋白.与传统的叶蛋白分离方法如酸(碱)热法、有机溶剂法相比较[13-14]，泡沫分离法分离效果好，避免了加热导致蛋白质变性以及减少有机溶剂带来的环境污染等问题.李轩领等[15]以亚麻蛋白浓度、NaCl浓度、原料液pH值以及装液量为主要考察因素，用响应面法优化了从未脱胶亚麻籽饼粕中泡沫分离亚麻蛋白的工艺条件.在最佳工艺条件下，得到95.8%的亚麻蛋白质，而多糖的损失率仅为6.7%.可见，采用泡沫分离技术可以从未脱胶亚麻籽饼粕中有效分离出亚麻蛋白.
2.2酶的分离
蛋白质属于生物表面活性剂，包含极性和非极性基团，在溶液中可选择性地吸附于气-液界面.因此，从低浓度溶液中可泡沫分离出酶和蛋白质等物质.Linke等[16]研究了从发酵液中泡沫分离胞外脂肪酶，考察了通气时间、pH值及气速等主要因素对回收率的影响，研究得出通气时间为50min、pH值为7.0及气速为60mL/min时，酶蛋白回收率为95%.Mohan等[17]从啤酒中泡沫分离回收酵母和麦芽等，结果表明，分离酵母和麦芽所需的时间不同，而且低浓度时更加容易富集.Holmstr[18]从低浓度溶液中泡沫分离出淀粉酶，研究发现在等电点处鼓泡，泡沫夹带液中的淀粉酶活性是原溶液中的4倍.Lambert等[19]采用泡沫分离技术考察了β-葡糖苷酶的pH值与表面张力之间的关系，研究表明，纤维素二糖酶和纤维素酶的最佳起泡pH值分别为10.5和6~等[7]利用泡沫分离技术对牛血清蛋白与溶菌酶以及酪蛋白与溶菌酶的混合体系分别进行了分离纯化的研究.结果表明，溶菌酶不管与牛血清蛋白混合还是与酪蛋白混合，回收率都很低，但是由于溶菌酶可提高泡沫的稳定性，从而提高了牛血清蛋白与溶菌酶的回收率.Samita等[20]对牛血清蛋白与酪蛋白、牛血清蛋白与溶菌酶两种二元体系分别进行了研究，发现在牛血清蛋白与酪蛋白的蛋白质二元体系中酪蛋白在气-液界面处的吸附占了大部分的气-液界面，从而阻止了牛血清蛋白在气-液界面处的吸附.而在牛血清蛋白与溶菌酶的二元体系中，研究表明溶菌酶提高了牛血清蛋白的回收率，同时提高了泡沫的稳定性.针对这种现象，Noble等[21]也采用泡沫分离法分离牛血清蛋白与溶菌酶的二元体系，研究发现泡沫夹带液中存在少量的溶菌酶，提高了泡沫的稳定性，牛血清蛋白溶液在低浓度下本来不能产生稳定泡沫，溶菌酶的存在使得其也能产生稳定的泡沫.这些研究表明，泡沫分离技术可以在较低的浓度下分离具有表面活性的蛋白质，为泡沫分离技术在蛋白质分离中的应用研究开辟了新的领域.国内泡沫分离技术已应用在酶类物质分离中，范明等[22]设计了泡沫分离装置，利用泡沫分离技术分离脂肪酶模拟液和实际生产生物柴油的水相脂肪酶溶液，对水相脂肪酶进行回收并富集.考察了通气速度、进料酶浓度及水相脂肪酶溶液中pH值等主要因素对分离效果的影响，当通气速度为10L/(LH)、进料酶浓度为0.2g/L、pH值为7.0时，蛋白和酶活回收率接近于100%，富集比为3.67.研究表明，初始脂肪酶浓度对泡沫分离的富集比和蛋白回收率有显著影响，pH值对富集比、蛋白和酶活回收率无显著影响，而气速是影响蛋白回收速率的一个重要因素.回收水相脂肪酶的过程中酶活性无损失.可见，泡沫分离是一个回收液体脂肪酶的有效方法[22].
2.3糖的分离
糖一般存在于植物和微生物体内，可根据糖与蛋白质或者其他物质的表面活性差异性，利用泡沫分离技术对糖进行分离提取[23].Fu等[24]采用离心法从基隆产的甘薯块中分离提取可溶性糖和蛋白，得到的回收率分别为4.8%和33.8%;而采用泡沫分离法时，可溶性糖和蛋白的回收率分别为98.8%和74.1%.Sarachat等[25]采用泡沫分离法富集假单胞菌生产的鼠李糖脂，最佳工艺条件下得到鼠李糖脂97%，富集比为4.__洲[26]利用间歇式泡沫分离法从美味牛肝菌水提物中分离牛肝菌多糖，考察了pH值、原料液浓度、空气流速、表面活性剂用量及浮选时间等主要因素对分离效果的影响，以回收率为指标评价分离的效果，并优化了分离牛肝菌多糖的工艺条件.在最佳工艺条件下，牛肝菌多糖回收率为83.1%.国内关于食用菌多糖的提取一般利用水提醇析法，但是该法需要消耗大量的乙醇，操作周期长，能耗大[27-28]，而泡沫分离法具有快速分离、设备简单、操作连续、不需高温高压及适合分离低浓度组分等优势，因此间歇式泡沫分离法是提取食用菌多糖的一种有效方法.
2.4皂苷类有效成分的分离
皂苷包含亲水性的糖体和疏水性的皂苷元，具有良好的起泡性，是一种优良的天然非离子型表面活性成分，因此可采用泡沫分离法从天然植物中分离皂苷[29].泡沫分离法已广泛用于大豆异黄酮苷元、人参皂苷、无患子皂苷、竹节参皂苷、文冠果果皮皂苷等有效成分的分离.
2.4.1大豆异黄酮苷元的分离Liu等[10]
采用泡沫分离与酸解方法从大豆乳清废水中分离大豆异黄酮苷元，指出从工业大豆乳清废水中提取的异黄酮苷元主要以β-苷元的形式存在，并利用傅里叶变换红外光谱分析发现大豆异黄酮和大豆蛋白以复合物的形式存在.研究结果表明，利用泡沫分离技术可以从大豆乳清废水中有效地富集大豆异黄酮，分离出大豆异黄酮苷元和β-苷元.
2.4.2无患子总皂苷的分离魏凤玉等[30]
分别采用间歇和连续泡沫分离法分离纯化无患子皂苷，利用正交试验，考察了原始料液浓度、气体流速、温度、pH值等因素对无患子皂苷回收率的影响，确定了泡沫分离最佳工艺条件.林清霞等[31]采用泡沫分离技术分离纯化无患子皂苷，利用紫外分光光度计测定无患子皂苷含量，通过富集比、纯度及回收率判断分离纯化的效果.在进料浓度为2.0g/L、进料量为150mL、气速为32L/h、温度为30℃、pH值为4.3时，得到富集比为2.153，纯度与回收率分别为74.68%和79.19%.研究结果表明：无患子皂苷的回收率随着进料浓度的增大而减小，随着气速、进料量的增大而增大;富集比随着进料浓度、气速及进料量的增大而减小，pH值对富集比的影响较小;纯度随着进料浓度、气速的增大而降低，进料量、pH值对纯度的影响较小.
2.4.3竹节参总皂苷的分离
竹节参的主要成分皂苷是一种优良的天然表面活性剂，而竹节参中的竹节参多糖、无机盐及氨基酸等是非表面活性剂，因此可根据表面活性的差异，采用泡沫分离技术对竹节参皂苷进行分离纯化[32-34].张海滨等[35]考察了气泡大小、pH值、原料液温度及电解质物质的量浓度等主要因素对泡沫分离竹节参总皂苷的影响，以富集比、纯度比及回收率等为指标分析分离纯化的效果，得出最佳工艺条件：气泡直径为0.4~0.5mm，pH值为5.5，温度为65℃，电解质NaCl浓度为0.015mol?L-1.在最佳工艺条件下，总皂苷富集比为2.1，纯度比为2.6，回收率为98.33%，能够得到较好的分离.张长城等[36]研究了利用泡沫分离技术对竹节参中皂苷进行分离纯化的方法与条件，指出泡沫分离技术分离纯化竹节参皂苷具有产品回收率高、工艺简单、能耗低及不使用有机溶剂等优点，为竹节参皂苷的开发利用提供了技术支持.
2.4.4文冠果果皮皂苷的分离
文冠果籽油是优质的食用油，含油率达35%～40%[37]，同时可作为生物柴油的原料.文冠果果皮含有皂苷1.5%～2.4%.研究表明，文冠果果皮皂苷具有抗肿瘤、抗氧化及抗疲劳等功效[38].文冠果果皮皂苷的开发利用带来的附加价值可以有效地降低生物柴油的生产成本.在生产生物柴油的过程中需要处理大量的果皮，因此需要寻求一种简单可行、成本低、收率高以及对环境污染小的皂苷分离方法.吴伟杰等[39]使用自制起泡装置，研究了泡沫分离技术分离文冠果果皮总皂苷的可行性及最佳反应条件.研究得出泡沫分离文冠果皂苷的最佳工艺条件为：料液气体流速为2.5L?min-1，初始浓度为2mg?mL-1，温度为20℃，pH值为5.与泡沫分离人参、三七等皂苷的气体流速相比较，文冠果果皮的气体流速较低，这样可以更大限度地降低能耗、节约成本.同时，泡沫分离文冠果果皮皂苷可在室温条件下进行，降低了加热所需的能耗.此外，由于文冠果果皮皂苷的水溶液pH值在5左右，泡沫分离时无需调节pH值.在最佳工艺条件下，得到富集比为3.05，回收率为60.02%，纯度为63.35%.研究表明，泡沫分离文冠果果皮皂苷可以达到较高的富集比、回收率和纯度，对于大力开发利用生物能源、综合利用文冠果以及降低生物柴油的成本有着重要意义.
3展望
泡沫分离技术是一种很有发展前景的新型分离技术，在食品工业中的应用将会越来越广泛，今后在天然产物及稀有物质的分离提取等方面有着更加广泛的应用.同时，泡沫分离技术也存在一定的局限性，为促进泡沫分离技术在食品工业中的应用发展，应该在以下方面进行深入研究：(1)对泡沫分离复杂物料实际分离过程的泡沫形成情况建立理论模型，对标准表面活性剂的分离提取建立标准数据库，对标准表面活性剂和非表面活性物质间的分离建立指纹图谱;(2)如何减少泡沫分离非表面活性物质时的表面活性剂消耗量;(3)如何解决泡沫分离高浓度产品时回收率低的问题;(4)目前泡沫分离设备存在局限性，应研究开发新型的适合食品工业分离的泡沫分离设备，提高泡沫分离的效果[40].
食品加工论文范文二：食品工业废水处理节能研究
食品工业包括制糖、酿造、肉类、乳品加工等，食品工业的废水主要来源于原料的处理、洗涤、脱水、过滤、脱酸、脱臭和蒸煮过程中产生的，这些废水含有大量的有机物、蛋白质、有机酸和碳水化合物，具有很强的耗氧性，如果不经处理直接排入水体会大量消耗水中的溶解氧，从而造成水体缺氧，造成水生生物的死亡。食品工业废水油脂含量高，多伴随大量悬浮物随废水排出，其中动物性食品加工排出的废水还可能含有病菌，此外，这些废水还含有铜、锰、铬等金属离子。近年来，随着食品加工业的快速发展，每年由此产生的废水量也呈现快速增长态势，许多废水未经有效处理便被直接排放，给环境产生了十分严重的破坏。因此，探讨食品工业废水处理对于生态环境保护具有非常重要的现实意义。
1食品工业废水处理工艺现状
目前，国内外对于食品工业废水的处理过程中主要采用的是生物处理工艺，其中主要包括有好氧生物处理工艺、厌氧生物处理工艺，以及由好氧生物处理工艺与厌氧生物处理工艺相结合的处理工艺。在好氧生物处理工艺方面，主要有活性污泥法(目前实际应用较为广泛的主要有SBR法)和生物膜法(具有代表性的是曝气生物滤池法)。由于厌氧生物处理工艺相较于好氧生物处理工艺无论在后期的运行管理费用还是前期的基建投资方面的费用都有较大优势，其中比较具有典型的处理工艺有厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)工艺、第三代厌氧处理工艺———厌氧内循环反应器(IC)被广泛应用到了食品工业废水处理中。此外，厌氧生物处理工艺在处理食品工业废水方面具有良好的处理效果[1]。
2各种工艺特点及应用效果分析
目前国内外，食品工业废水的处理以生物处理[2]为主。在实际中运用较广，技术较为成熟的主要有厌氧接触法、厌氧污泥床法、浅层曝气、延时曝气、曝气沉淀池法等等。
2.1好氧生物处理工艺
好氧生物处理是在不断供氧的环境中，利用好氧微生物来氧化有机物。在好氧过程中，微生物对复杂的有机物进行分解，一部分被转化为稳定的无机物CO2、H2O和NH3，一部分则由微生物合成为新细胞，最后去除污水中的有机物。
2.1.1SBR法，即间歇式活性污泥系统(又叫序批式间歇活性污泥法)。SBR法目前在国内外应用较为广泛，生物反应池中集中了生物降解过程、沉淀过程以及污泥回流功能为一体，这种工艺比较简单，它是在以前间歇式活性污泥工艺基础上发展来的一种新工艺，采用SBR法处理废水的运行过程一般包括了进水、充氧曝气、静止沉淀、排水和排泥五个步骤。与连续性活性污泥工艺相比，该工艺具有的有点主要有：曝气池兼具二沉池的功能，不设二沉池，也没有污泥回流设备，系统结构简单，易于管理;耐冲击负荷，一般无需设置调节池;反应推动力大，较为简便的得到优质出水水质;污泥沉淀性能好，SVI值较低，便于自控运行，后期维护管理也较为简便。居华[3]通过SBR法在酱油、酱菜食品废水处理中的应用研究后得出，原废水CODcr在2000mg/L～4000mg/L范围内，经SBR法处理后出水水质得到了二级标准，去除率达96%以上，没有出现污泥膨胀现象，而且操作管理方便，占地面积小，运行的费用也低。
2.1.2BAF法，即曝气生物滤池法。这种工艺最早可以追溯上个世纪80年代，是由欧美等国家应用和发展起来的，大连马栏河污水处理厂是我国最早采用BAF工艺。该工艺是在生物接触工艺基础上，在滤池中填装陶粒、石英砂等粒状填料，以填料及其附着生产生物膜为介质，发挥生物的代谢功能，通过物理过滤功能，发挥膜和填料的截留吸附作用从而实现污染物的高效处理。廖艳[4]等采用混凝—ABR与曝气生物滤池(BAF)联合处理工艺，对某市肉联厂高浓度废水化学需氧量和氨氮的去除研究后发现，化学需氧量和氨氮的去除效果从原水时的1500mg/L～4500mg/L、30mg/L～85mg/L，经处理后出水COD<100mg/L，氨氮<50mg/L，达到了国家一、二级排放标准，取得良好的环境和社会效益。
2.1.3MBR法，即膜生物反应器法。是上个世纪90年代逐渐发展起来的一种废水处理技术，该工艺是将膜组件替代传统的二沉池，实现固相和液相分离。其实质是把细菌和微生物以生物膜的方式附着在固体表面上，以污水中的有机物为营养物进行新陈代谢和生长繁殖，从而达到实现净化污水的效果。该工艺具有较强的抗冲击力，对水质和水量变化具有较强适应性;污泥产量较低且沉降性能优，易于固液分离;对于低浓度污水也可以进行处理，在正常运行时可以把原水中的BOD5由20mg/L～30mg/L降至5mg/L～10mg/L;运行费用也不高，管理方便。张亮平，王峰[5]以MBR在湖北某食品厂废水处理中的应用为例进行研究后发现，采用MBR-活性炭-杀菌联合工艺，出水COD和BOD的去除率达到了99%以上，系统工艺能耗低，运行稳定。
2.2厌氧生物处理工艺
在食品废水处理过程中，厌氧处理法与好氧处理法相比由于产生的污泥少，动力流耗小，管理简便，既能节能又能降低成本，逐渐在高浓度有机废水行业———食品工业广泛推崇。
2.2.1UASB法，即升流式厌氧污泥床法。该种工艺是由高活性厌氧菌体构成的粒状污泥，在UASB装置内随上升的气流呈向上流动的状态。处理效率高、性能可靠、能耗低，也不需要填料和载体，运行成本低等优点，既可以处理高负荷废水，也不会产生堵塞等优点。也是当前应用最为广泛的高速反应器之一。王炜，何好启[6]研究发现，食品废水经由UASB+接触氧化法工艺处置后，CODcr、BOD5、SS和植物油由原水浓度的1170mg/L、570mg/L、600mg/L、150mg/L，处置后的效果为60.2mg/L、15.5mg/L、40mg/L和3mg/L，出水水质达到了《污水综合排放标准》中的一级标准，且工程的经济运行效益也良好，总运行费用约为0.54元/m3，工艺占地小，处理成本低，运行方式灵活，值得推广。
2.2.2EGSB反应器，即膨胀颗粒污泥床反应器。该工艺是在UASB基础上发展起来的一种新厌氧工艺，与UASB工艺相比，EGSB增加了出水的回流，提升了反应器中水流的速度，其速度可以达到5m/h～10m/h，比UASB的0.6m/h～0.9m/h高出近10倍。李克勋[7]等以天津某淀粉厂采用EGSB处理淀粉废水为例，EGSB的厌氧反应器对COD的去除率超过了85%，出水水质达到了国家一级排放标准，大量有机物被去除，后续单元的处理压力被减轻，此外，厌氧反应器的介入使用，可以产生沼气作为能源进行二次利用，降低运行费用(总运转费用为0.73元/m3?d)，具有良好的环境效益和社会效益。
2.2.3ASBR法，即厌氧序批式活性污泥法。ASBR厌氧序批式活性污泥法最早诞生于上世纪90年代的美国，是在SBR基础上发展起来的，该工艺的显著特点是以序批间歇运行，按次序分为进水、反应、沉淀和排水四个步骤，与连续流厌氧反应器相比，该工艺由于不需要大阻力的配水系统，因此极大地减少了系统的能耗，也不会产生断流和短流，运行灵活，抗击能力较强，实现厌氧功能，也同时兼有了SBR的优点。
3厌氧生物处理工艺优势分析
与好氧生物处理工艺相比，在食品工业废水处理方面，厌氧生物处理工艺具有很多优势：工艺运行时污泥的剩余量非常少，由于不需要附加氧源而降低运行管理费用;食品工业废水有机物浓度高，而厌氧生物处理工艺拥有良好的抗高浓度有机物的冲击负荷力优势，能够做到间接性排放;另外，厌氧生物处理工艺能够产生沼气，实现资源的二次利用，真正实现了 变废为宝 ，降低能耗，因此，厌氧处理工艺在食品工业废水处理中是一种节能型废水处理工艺。作为低能耗而且能够产生二次能源的厌氧生物处理工艺必将成为食品工业废水处理的主流方向[8]。
化工原理课程设计 分离丙酮-水混合液的填料精馏塔 有满意答案，追加100分
毕业设计（论文）任务书
设计（论文）题目：年处理量1.0万吨甲苯-水混合液的填料塔的设计
函授站： 专业： 化工工艺 班级：xx
学生： xx 指导教师：
1．设计（论文）的主要任务及目标
塔设计计算：
a塔工艺计算（物料和能量衡算）
b 塔及塔板主要工艺尺寸的设计计算
⑶ 对苯精馏塔的流体力学验算
⑷ 相关辅助设备选型与计算
⑸ 设计结果及分析讨论
2．设计（论文）的基本要求和内容
⑴ 论文内容符合毕业设计撰写规范。
⑵ 数据可靠、真实，具有一定的代表性。
⑶ 计算过程细化、符合规范要求。
⑷ 要求论文图纸包括：生产工艺流程控制图、塔的部分装配图、X-Y图、塔板负荷性能图。
3．主要参考文献
⑴陆美娟.《化工原理》.化学工业出版社.2001年1月第1版
⑵冯伯华.《化学工程手册》第1、2、3、6卷.化学工业出版社.1989年10月第1版
⑶包丕琴.《华工原理课程设计指导书》.北京化工大学化工原理教研室.1997年4月
⑷陈洪钫.《化工分离过程》.化学工业出版社.1995年5月第1版
⑸陈钟秀.《化工热力学》.化学工业出版社.1993年11月第1
关键词：回流比、精馏、泡点进料、设备、试差
目 录
前言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1章 精馏方案的说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1.1节 操作压力．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（7）
第1.2节 进料状态．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.3节 采用强制回流（冷回流）．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.4节 塔釜加热方式、加热介质．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.5节 塔顶冷凝方式、冷却介质．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.6节 流程说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（8）
第1.7节 筛板塔的特性．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）
第1.8节 生产性质及用途．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（9）
第1.9节 安全与环保．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（11）
第2章 烯烃加氢饱和单元分析．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）
第2.1节 反应机理及影响因素分析
第2.2节 物料平衡
第2.3节 能量平衡
第3章 精馏塔设计计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（12）
第3.1节塔的工艺计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.（12）
第3.2节塔和塔板主要工艺尺寸的设计计算．．．．.（25）
第4章 塔的流体力学验算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）
第4.1节校核．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（31）
第4.2节负荷性能图计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（34）
第5章 辅助设备选型计算．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）
第5.1节换热器的计算选型．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（39）
第5.2节 管道尺寸的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（44）
第5.3节 原料槽、成品槽的确定．．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6章 设计结果概要及分析讨论．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6.1节数据要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（45）
第6.2节设计特点．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）
第6.3节 存在的问题．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（46）
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（47）
符号说明．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（48）
附录1．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录2．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录3．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
附录4．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．（52）
前言
本论文是针对工业生产中苯-甲苯溶液这一二元物系中进行苯的提纯精馏方案，根据给出的原料性质及组成、产品性质及组成，对精馏塔进行设计和物料衡算。通过设计核算及试差等计算初步确定精馏塔的进料、塔顶、塔底操作条件及物料组成。同时对精馏塔的基本结构包括塔的主要尺寸进行了计算和选型，对塔顶冷凝器、塔底再沸器、相关管道尺寸及储罐等进行了计算和选型。在计算设计过程中参考了有关《化工原理》、《化学工程手册》、《冷换设备工艺计算手册》、《炼油设备基础知识》、《石油加工单元过程原理》等方面的资料，为精馏塔的设计计算提供了技术支持和保证。
通过对精馏塔进行设计和物料衡算等方面的计算，进一步加深了对化工原理、石油加工单元过程原理等的理解深度，开阔了视野，提高了计算、绘图、计算机的使用等方面的知识和能力，为今后在工作中进一步发挥作用打下了良好的基础。
第1章 精馏方案的说明
本精馏方案适用于工业生产中苯-甲苯溶液二元物系中进行苯的提纯。精馏塔苯塔的产品要求纯度很高，达99.9％以上，而且要求塔顶、塔底产品同时合格，以及两塔顶温度变化很窄(0.02℃)，普通的精馏温度控制远远达不到这个要求。故在实际生产过程控制中只有采用灵敏板控制才能达到要求。故苯塔采用温差控制。
第1.1节 操作压力
精馏操作在常压下进行，因为苯沸点低，适合于在常压下操作而不需要进行减压操作或加压操作。同时苯物系在高温下不易发生分解、聚合等变质反应且为液体（不是混合气体）。所以，不必要用加压减压或减压精馏。另一方面，加压或减压精馏能量消耗大，在常压下能操作的物系一般不用加压或减压精馏。
第1.2节 进料状态
进料状态直接影响到进料线（q线）、操作线和平衡关系的相对位置，对整个塔的热量衡算也有很大的影响。和泡点进料相比：若采用冷进料，在分离要求一定的条件下所需理论板数少，不需预热器，但塔釜热负荷（一般需采用直接蒸汽加热）从总热量看基本平衡，但进料温度波动较大，操作不易控制；若采用露点进料，则在分离要求一定的条件下，所需理论板数多，进料前预热器负荷大，能耗大，同时精馏段与提馏段上升蒸汽量变化较大，操作不易控制，受外界条件影响大。
泡点进料介于二者之间，最大的优点在于受外界干扰小，塔内精馏段、提馏段上升蒸汽量变化较小，便于设计、制造和操作控制。
第1．3节 采用强制回流（冷回流）
采用冷回流的目的是为了便于控制回流比，回流方式对回流温度直接影响。
第1．4节 塔釜加热方式、加热介质
塔釜采用列管式换热器作为再沸器间接加热方式，加热介质为水蒸汽。
第1．5节 塔顶冷凝方式、冷却介质
塔顶采用列管式冷凝冷却器，冷却介质用冷却水。
第1．6节 流程说明
由于上游装置没有后加氢单元，所以在重整反应过程中生成的烯烃会带到本装置原料中， 烯烃的存在，会导致苯、甲苯产品的酸洗比色不合格，因此必须进行烯烃的加氢饱和。
本装置流程包括烯烃加氢反应单元和精馏单元两部分。
烯烃加氢反应单元：原料经过进料泵加压后进入换热器E101与反应生成油交换热量后，进入加热炉L101进行加热，再进入反应器R101，经过烯烃饱和加氢反应后进入热交换器E101冷却后，进入油气分离器V101，油进入精馏原料中间罐。
本精馏方案采用节能型强制回流进行流程设计，并附有在恒定进料量、进料组成和一定分离要求下的自动控制系统以保证正常操作。
精馏过程：30OC原料液从原料罐经进料泵进入原料换热器E102再经原料预热器进行预热进一步预热至泡点（97.65OC，加热介质为水蒸汽），温度升至约97.65oC,从进料口进入精馏塔T101进行精馏，塔顶气温度为81.52oC部分冷凝后的气液混合物进入塔顶冷却器（冷却介质为冷却水），冷凝后的物料进入回流罐V102，然后再通过回流泵，将料液一部分作为回流也打入塔顶，另一部分作为塔顶产品经产品冷却器进入产品储罐V103，再经产品泵P104/AB输送产品。塔釜内液体一部分进入再沸器E103，经水蒸汽加热后，回流至塔釜，另一部分与原料换热器换热后排入甲苯储罐。在整个流程中，所有的泵出口都装有压力表，所有的储槽都装有放空阀，以保证储槽内保持常压。
第1.7节 筛板塔的特性
筛板塔是最早使用的板式塔之一，它的主要优点：
（1）结构简单，易于加工，造价为泡罩塔的60%左右，为浮阀塔的80%左右；
（2）在相同条件下，生产能力比泡罩塔大20%-40%；
（3）塔板效率较高，比泡罩塔高15%左右，但稍低于浮阀塔；
（4）气体压力降较小，每板压力降比泡罩塔约低30%左右。
筛板塔的缺点是：小孔筛板易堵塞，不适宜处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。
第1.8节 生产性质及用途
1.8.1 苯的性质及用途
苯是一种易燃、易挥发、有毒的无色透明液体，易燃带有特殊芳香气味的液体。分子式C6H6，相对分子量78.11，相对密度0.8794(20℃)，熔点5.51℃，沸点80.1℃，闪点-10.11℃(闭杯)，自燃点562.22℃，蒸气密度2.77kg/m3，蒸气压13.33kPa(26.1 ℃)， 标准比重为0.829。蒸气与空气混合物爆炸限1.4%～8.0%。不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、二硫化碳、四氯化碳、冰醋酸、丙酮、油混溶。遇热、明火易燃烧、爆炸。能与氧化剂，如五氟化溴、氯气、三氧化铬、高氯酸、硝酰、氧气、臭氧、过氯酸盐、(三氯化铝+过氯酸氟)、(硫酸+高锰酸盐)、过氧化钾、(高氯酸铝+乙酸)、过氧化钠发生剧烈反应，不能与乙硼烷共存。苯是致癌物之一。苯是染料、塑料、合成树脂、合成纤维、药物和农药等的重要原料，也可用作动力燃料及涂料、橡胶、胶水等溶剂。质量标准：见表1－1。
表1-1 纯苯质量标准（GB/T2283-93）
项目 指标
特级 一级 二级 三级
外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有0.003g重铬酸钾溶液的颜色
密度（20℃）/kg/m3
沸程/℃
大气压下（80.1℃）
酸洗比色
溴价/(g/100mL)
结晶点/℃
二硫化碳/(gBr/100mL)
噻吩/(g/100mL) 876~880
中性实验 中性
水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水
1.8.2 甲苯的性质
甲苯有强烈的芳香气味，无色有折射力的易挥发液体,气味似苯。分子式C7H8，相对分子质量92.130，相对密度0.866(20℃/4℃)，熔点-95～-94.5℃，沸点110.4℃，闪点4.44℃(闭杯)，自燃点480℃，蒸气密度3.14 kg/m3，蒸气压4.89kPa(30℃) 比重D 4℃20℃、0.866，，蒸气与空气混合物的爆炸极限为1.27%～7%。几乎不溶于水，与乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、冰醋酸、二硫化碳混溶。遇热、明火或氧化剂易着火。遇明火或与(硫酸+硝酸)、四氧化二氮、高氯酸银、三氟化溴、六氟化铀等物质反应能引起爆炸。流速过快(超过3m/s)有产生和积聚静电危险。甲苯可用氯化、硝化、磺化、氧化及还原等方法之前染料、医药、香料等中间体及炸药、精糖。由于甲苯的结晶点很低，故可用作航空燃料及内燃机燃料的添加剂。质量标准：见表1－2。
表1-2 甲苯质量标准（GB/T2284-93）
项目 指标
特级 一级 二级
外观 室温（18~25℃）下透明液体，不深于每1000mL水中含有0.003g重铬酸钾溶液的颜色
密度（20℃）/(kg/m3)
沸程/℃
大气压下（110.6℃）
酸洗比色
溴价/（gBr/100mL） 863~868
中性实验 中性
水分 室温（18~20℃）下目测无可见不溶水
第1.9 安全与环保
1.9.1 安全注意事项
苯类产品是易燃、易爆、有毒的无色透明液体，其蒸汽与空气混合能形成爆炸性混合物，因此，应特别注意防火，强化安全措施。
（1）不准有明火和火花，设备必须密封，以减少苯蒸汽挥发散发入容器中，设备的放散管应通入大气，其管口用细金属网遮蔽，使贮槽或蒸馏设备中的苯类产品不致因散出蒸汽回火而引起燃烧，厂房应设有良好的通风设备，防止苯类蒸汽的聚集。
（2）所有金属结构应按规定在几个地点上接地，为防止液体自由下落而引起静电荷的产生，将引入贮槽中所有管道均应安装到接近贮槽的底部，电动机应放在单独的厂房内。
（3）应设有泡沫灭火器和蒸汽灭火装置，不能用水灭火。
（4）工人进入贮槽或设备进行清扫或修理前,油必须全部放空,所有管道均需切断,设备应用水蒸汽彻底清扫后才允许进入并注意通风,检修人员没有动火证严禁在生产区域内动火。
（5）进入生产区域或生产无关人员，不得乱动设备和计量仪表等。
（6）及时清除设备管线泄漏情况，严防中毒着火、爆炸等事故的发生。
（7）泄漏应急处理迅速撤离泄漏污染区人员至安全区，并进行隔离，严格限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器，穿消防防护服。尽可能切断泄漏源，防止进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏：用活性炭或其它惰性材料吸收。也可以用不燃性分散剂制成的乳液刷洗，洗液稀释后放入废水系统。大量泄漏：构筑围堤或挖坑收容；用泡沫覆盖，抑制蒸发。用防爆泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。
1.9.2 环境保护
认真执行环境保护方针、政策、坚持污染防治设施与生产装置同时设计、同时施工、同时投产。现将“三废”治理措施分析述如下：
（1）废水：各设备间接冷却水回收用于炼焦车间熄焦用，工艺产品分离水送往生化装置进行处理。设备冲洗水经初步沉淀和油水分离后送入生化处理。
（2）废气：水凝气体回收引入列管户前燃烧，产品贮槽加水喷淋装置和氮密封措施，防止挥发污染大气环境。
（3）废渣：生产过程中生产的废渣送往回收工段作为原料使用。
定期检测个生产岗位苯含量和生产下水中各污染均含量，严防超标现象的发生。
第2章 烯烃加氢饱和单元分析
2.1 反应机理及影响因素分析
（1）反应机理
单烯烃 CnH2n+H2→CnH2n+2
双烯烃 CnH2n-2+2H2→CnH2n+2
环烯烃
烯烃的加氢饱和反应也为耗氢和放热反应。
(2) 烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素
烯烃的加氢饱和反应过程的影响因素除催化剂性能外，主要有原料性质、反应温度、反应压力、氢油比和空速等。
①原料性质
加工烯烃含量较高的原料时，需要较高的反应苛刻度（即较高的反应压力和反应温度，较低的反应空速）。此外一定要注意原料油罐的惰性气体保护，最好是直接进装置，避免中间与空气接触发生氧化生成胶质，导致催化剂失活加快。
②反应温度
反应温度通常是指催化剂床层平均温度。烯烃的加氢饱和反应是一种放热反应，提高反应温度不利于加氢反应的化学平衡，但能明显提高化学反应速度，提高精制深度。过高的反应温度会促进加氢裂化副反应的发生，使产品液体收率下降，导致催化剂上积炭速率加快，降低催化剂使用寿命；反应温度过低，不能保证将杂质除净。
在很高温度下，烯烃饱和度有一个明显的限制，结果使在高温操作比低温操作的产品中有更多的残存烯烃，当原料中有明显的轻组分，使用新催化剂时硫化氢与烯烃反应生成醇，在较低温度下操作可避免硫醇的生成。
根据催化剂活性和原料油中的烯烃含量，一般预加氢的反应温度为150～180℃。随着运转时间的延长，逐步提高反应温度，以补偿催化剂的活性降低。
③反应压力
当要求一定的产品质量时，压力的选择主要是考虑催化剂的使用寿命和原料油中的烯烃含量。一般而言，压力愈高，催化剂操作周期愈长；原料油烯烃含量愈高，选择操作压力也愈高。提高反应压力将促进加氢反应速度，增加精制深度，并可保持催化剂的活性。但压力过高会促进加氢裂解反应，使产品总液收下降，同时过高的反应压力会增加投资及运转费用。
④氢油比
所谓氢油比是反映标准状态时，氢气流量与进料量的比值。可用H2/HC表示。提高氢油比，不仅有利于加氢反应的进行，并能防止结焦，起到保护催化剂的作用。但是，在原料油进料一定的情况下，氢油比过大会减少原料油与催化剂接触时间，反而对加氢反应不利，导致精制深度下降，产品质量下降，同时也增大了系统压降和压缩机负荷，操作费用增加。
⑤空速
空速指单位（质量或体积）催化剂在单位时间内处理的原料量，简写为h-1 。空速分为质量空速和体积空速。常用体积空速（LHSV），它的倒数相当于反应接触时间，称为假接触时间。因此空速的大小意味着原料与催化剂接触时间的长短。空速过大，即单位催化剂处理的原料量越多，其接触时间应越短，影响了精制深度；空速过小增加了加氢裂解反应，使产品液收率下降，运转周期缩短，降低了装置的处理量。
2.2 物料平衡
表2-1烯烃加氢反应单元物料数据 单位：吨/日
入 方 出 方
原料油 43.2 精馏进料 42.32
氢气 0.52 损失 1.40
合计 43.72 合计 43.72
2.3 能量平衡（以加热炉为例）
2.3.1 原料进出加热炉数据
原料进出加热炉数据见表2-2。
表2-2 原料进出加热炉数据
入 方（80℃） 出 方（160℃）
单位
项目 组成 数据 焓值 热量 单位
项目 组成 数据 焓值 热量
m% Kcal/kg wkcal m% Kcal/kg wkcal
原
料
油 苯 0.7 130 16.38 原
料
油 苯 0.7 154 19.40
甲苯 0.3 128 6.912 甲苯 0.3 158 8.532
烯烃 烯烃
氢气 540 1.170 氢气 1090 2.362
合计 24.462 合计 30.294
注：原料中烯烃含量很少在计算过程中可忽略不计。
2.3.2 加热炉热平衡
由表2-2可以知道，原料油经过加热炉后，热量增加值为：5.832wkcal/t.
加热炉需要燃烧瓦斯进行提供。加热炉用瓦斯组成见表2-3。
表2-3 加热炉用瓦斯组成及焓值计算表
成份组成 体积热值 分析数据 焓值
1 氢气 2650 44.91 1190.115
2 氧气 0 11.73 0
3 氮气 0 40.56 0
4 二氧化碳 0.02 0
5 一氧化碳 3018 0 0
6 甲烷 8529 1.61 137.3169
7 乙烷 15186 0.48 72.8928
8 乙烯 14204 0.42 59.6568
9 丙烷 21742 0.05 10.871
10 丙烯 20638 0.07 14.4466
11 异丁烷 26100 0.03 7.83
12 正丁烷 28281 0.03 8.4843
13 正丁烯 27160 0.02 5.432
14 异丁烯 27160 0.01 2.716
15 反丁烯 27160 0.02 5.432
16 顺丁烯 27160 0.01 2.716
17 碳五以上 34818 0.03 10.4454
合计 100 1528.3548
第七章 参考文献
1 化工原理》上下册.化学工业出版社.2006年5月第3版
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9.周志成等.《石油化工仪表自动化》中国石化出版社.1994年5月第1版
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11.沈复 李阳初.《石油加工单元过程原理》中国石化出版社.2004年8月第1版
12.陆美娟.《化工原理》化学工业出版社. 2006年1月第10版
符号说明
A 换热面积 m2
Aa 鼓泡区面积 m2
Af 降液管横截面积 m2
An 有效传质区面积 m2
Ao 筛孔面积 m2
AT 塔横截面积 m2
A 质量分率 -
C 负荷系数 -
CP 比热 KJ/Kg．OC(KJ/Kg．K)
D 塔顶产品流率 Kmol/h(Kg/h)
Dg 公称直径 m
DT 塔径 m
D 管内径 mm
d1 管外径 mm
do 孔径 mm
dm 管平均直径 mm
E 液流收缩系数 -
ET 全塔板效率 -
ev 雾沫夹带量 Kg液体/Kg气体
F 进料流率 Kmol/h(Kg/h)
H 塔高 m
HL 板上清夜层高度 mm
HT 板间距 m
Hd 降液管内清夜层高度 m
HD 塔顶空间高度 m
HB 塔底空间高度 m
hd 气体通过干板压降 m
ho 降液管下沿到塔板间距离 m
how 溢流堰上液头高 m
hp 气体通过塔扳压降 m
hr 液体通过降液管的压降 m
hw 溢流堰高度 m
hσ 液体表面张力引起的压降 m
Ko 以内壁为基准的总传热系数 Kcal/m2．H．oC
K 稳定系数
L 液体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)
lW 溢流堰堰长
ms 冷却剂质量流量 Kg/h
N 实际塔板数 -
NT 理论塔板数 -
Nt 换热器总管数 -
N 开孔数
Q 换热器热负荷 W
R 回流比 -
Rmim 最小回流比 -
Rsi 换热管内垢阻系数 m2•h•oC/Kcal
r 气化潜热 KJ/Kg
Tc 临界温度 K
T 孔间距 mm
Tp 板厚度 mm
ua 以鼓泡区面积为基准的气速 m/s
uf 液泛气速 m/s
un 空塔气速 m/s
uo 以筛孔面积为基准的气速 m/s
uow 漏液点气速 m/s
V 塔内上升气体流量 Kmol/h(Kg/h,m3/h)
W 塔釜采出液体量 Kmol/h(Kg/h)
Wc 边缘区宽度 m(mm)
Wd 降液管宽度 m(mm)
Ws 塔板入口安定区宽度 m(mm)
Ws’ 塔板出口安定区宽度 m(mm)
X 液相摩尔分率 -
Y 气相摩尔分率 -
A 相对挥发度 -
Ai 以内壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oC
Ao 以外壁为基准的传热膜系数 Kcal/m2•h•oC
β 充气系数 -
σ 表面张力 dyn/cm2
ρL 液相密度 Kg/m3
ρv(g) 气相密度 Kg/m3
μ 粘度 Cp
开孔率 -
Ф 装料系数 -
τ 停留时间 s
λ