論文寫作規(guī)范+正確格式

1、淮北師范大學(xué) 2016屆學(xué)士學(xué)位論文 年產(chǎn)6萬噸有機(jī)硅項(xiàng)目 精餾（三甲塔）設(shè)計(jì) 學(xué)院、專業(yè) 化學(xué)與材料科學(xué)、化學(xué)工程與工藝 研 究 方 向 化工設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 錢偉 學(xué) 號(hào) 20121404055 指導(dǎo)教師姓名 陳惜明 指導(dǎo)教師職稱 副教授 年產(chǎn)5萬噸的有機(jī)硅項(xiàng)目三甲塔設(shè)計(jì)摘要：有機(jī)硅產(chǎn)業(yè)是當(dāng)代化工的新興產(chǎn)業(yè)，因?yàn)槠渥陨硖禺惖睦砘刭|(zhì)，它同時(shí)兼具了有機(jī)材料和無機(jī)材料的一些性質(zhì)，有低表面張力，低粘度系數(shù)，高滲透性，耐腐蝕，耐高溫，耐氧化，擁有較好的穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì)。普遍應(yīng)用于食物，醫(yī)療，軍事，化工，航空，航天等諸多范疇。有機(jī)硅的種類和產(chǎn)量也是連年持續(xù)增長，雖然有機(jī)硅的歷史發(fā)展并不長，但已成為化

2、工領(lǐng)域重要的產(chǎn)品體系。而今我國已經(jīng)成為的世界上有機(jī)硅生產(chǎn)耗損最高的國家。是以有機(jī)硅有著很大的利用遠(yuǎn)景和成長遠(yuǎn)景。（CH3)3SiCl是十分必要的有機(jī)硅產(chǎn)物。此論文是為精制（CH3)3SiCl。因?yàn)樘幹昧坎淮?，為?jié)儉能耗，下降投資用度，采用填料式精餾塔.關(guān)鍵詞：有機(jī)硅、填料塔、精餾 Primary Design of trimethylchlorosilane rectifying collumn of 50000 tons/a organosilicon ProjectAbstract: Organic silicon industry is emerging modern chemical

3、industry.Because of its special physical and chemical characteristics, it also takes note of some properties of organic materials and inorganic materials, with low surface tension, low viscosity coefficient, high permeability, corrosion resistance, high temperature resistance, resistance to oxidatio

4、n and have the advantages of good stability, etc. Widely used in food, medical, military, chemical industry, aviation, aerospace, and many other categories. And type of organic silicon production is also several years of sustained growth, although the historical development of organic silicon is not

5、 long, but the system has become an important in the field of chemical industry products. Now our country has become the world's highest organic silicon production loss. Based on the use of organic silicon is a big vision and growth prospects.(CH3) 3 sicl is very necessary organic silicon produc

6、ts. This paper is for the refined (CH3) 3 sicl. Because a disposal quantity is not big, for saving energy consumption, falling investment, USES the packing type rectifying column.Key words:organic silicon, packed tower, distillation 目錄1緒論11.1概述11.1.1設(shè)計(jì)依據(jù)11.1.2 設(shè)計(jì)規(guī)模及要求11.2有機(jī)硅單體分離項(xiàng)目概況11.3三甲基氯硅烷性質(zhì)21.4三

7、甲基氯硅烷運(yùn)用21.5毒性以及其危害21.6精餾原理31.8精餾塔的類別和特點(diǎn)31.7精餾在產(chǎn)業(yè)中的運(yùn)用41.9技術(shù)來源42.設(shè)計(jì)部分52.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：52.2物料衡算圖62.3物料衡算62.4塔板數(shù)的確定72.4.1逐板計(jì)算法72.4.2圖解法122.4.3最小回流比Rmin122.4.4 簡(jiǎn)捷法132.5塔的工藝條件及物性數(shù)據(jù)計(jì)算162.6 精餾塔的塔體工藝尺寸的計(jì)算182.6.1確定塔徑及相關(guān)參數(shù)182.6.2 填料層高度的計(jì)算202.6.3計(jì)算填料層壓降213塔內(nèi)其他構(gòu)件設(shè)計(jì)與計(jì)算223.1除沫器223.2液體分布器的選型233.3液體分布器253.4 液體再分布器264 其它附屬塔內(nèi)

8、件的選擇274.1 填料支撐板274.2 填料壓緊裝置與床層限制板275 附屬設(shè)備的計(jì)算與選擇275.1 精餾塔主要接管的尺寸計(jì)算286離心泵的選擇和計(jì)算30參考文獻(xiàn).32附錄.33謝辭.361緒論1.1概述1.1.1設(shè)計(jì)依據(jù)根據(jù)淮北師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院下達(dá)的設(shè)計(jì)任務(wù)書，對(duì)有機(jī)硅分離項(xiàng)目中的精餾工段進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)。1.1.2 設(shè)計(jì)規(guī)模及要求  設(shè)計(jì)和規(guī)模：年產(chǎn)6.0萬噸有機(jī)硅分離裝置（三甲塔），設(shè)計(jì)該分離裝置中的精餾工段工藝 ，裝置采用板式塔。產(chǎn)品要求：三甲基一氯硅烷99.5%1.2有機(jī)硅單體分離項(xiàng)目概況有機(jī)硅單體的生產(chǎn)工藝屬于精細(xì)化工的范圍。單體的合成與分離過程控制嚴(yán)格。其實(shí)有

9、機(jī)硅的合成原理并不復(fù)雜，只是其生產(chǎn)工藝復(fù)雜還有工藝流程比較長。有機(jī)硅工業(yè)也應(yīng)此屬于技術(shù)密集型、知識(shí)密集型的產(chǎn)業(yè)。因而，目前世界上也只有美、德、日、法等少數(shù)的發(fā)達(dá)的國家擁有并很好地掌握運(yùn)用該技術(shù)。我國的有機(jī)硅工業(yè)發(fā)展較晚，實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的生產(chǎn)始于五十年代，剛開始只能滿足軍事方面的部分需求，直到七十年代以后才開始在其他行業(yè)里生產(chǎn)并運(yùn)用，但發(fā)站卻一直很緩慢，經(jīng)歷剛開始的年產(chǎn)幾百噸到后來年產(chǎn)幾萬噸的過程。到九十年代后，我國才逐步實(shí)現(xiàn)比較大規(guī)模的生產(chǎn)過程。雖然經(jīng)過了這些年的發(fā)展，但是，我國在該方面仍然尚處于較為初級(jí)的階段。在該行業(yè)我國尚為落后的生產(chǎn)力不能夠滿足人民日益增長的社會(huì)需求，優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品需要大量依賴國

10、外的進(jìn)口。尤其是近些年以來，我國的電子工業(yè)等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)以迅猛的勢(shì)態(tài)飛速發(fā)展，進(jìn)一步有機(jī)硅的需求。加深了供需不平衡的矛盾。所以，在化學(xué)工程與工藝的研究領(lǐng)域里，就如何才能改進(jìn)生產(chǎn)工藝，降低能耗，實(shí)現(xiàn)零排放，并有效的提高產(chǎn)品的產(chǎn)量與質(zhì)量成為近年來一個(gè)重點(diǎn)研究的課題。所以加深有機(jī)硅單體項(xiàng)目的生產(chǎn)過程，工藝技術(shù)的了解和認(rèn)識(shí)對(duì)我們化工專業(yè)的同學(xué)非常有必要。在化工單元操作中，精餾是常見的分離操作之一，本次設(shè)計(jì)是要設(shè)計(jì)的是有機(jī)硅單體分離系統(tǒng)中其中一個(gè)重要的分離設(shè)備三角塔。實(shí)現(xiàn)對(duì)有機(jī)硅粗單體的分離提純操作。通過本次設(shè)計(jì)，可以對(duì)我國的有機(jī)硅單體項(xiàng)目有一個(gè)比較系統(tǒng)的深刻的認(rèn)識(shí)。1.3三甲基氯硅烷性質(zhì) 三甲基一

11、氯硅烷的化學(xué)分子式：（CH3)3SiCl 英文名；trimethyl chlorosilance 分子量：108.64 沸點(diǎn)：57度，熔點(diǎn)：-40度 沸點(diǎn)：57度 在常溫下是透明的無色的液體，有良多的用處在有機(jī)合成的運(yùn)用中。在潮濕的環(huán)境中不穩(wěn)定，與水反應(yīng)生成六甲基二硅氧烷和鹽酸，易溶于笨，乙醚等有機(jī)溶劑。由于其具有腐蝕性，易燃性，有毒有害，所以應(yīng)置于陰涼通風(fēng)干燥處與其他物品隔開單獨(dú)儲(chǔ)存。1.4三甲基氯硅烷運(yùn)用由于Si-X鍵的特殊活性，可以用三甲基氯硅烷合成一系列的含有Si-官能團(tuán)有機(jī)硅產(chǎn)品，例如：六甲基三硅氮烷，三甲基烷氧基硅烷等。 （CH3)3SiCl還是引入三甲基硅基的優(yōu)良試劑，也在合成中

12、有著廣泛作用。還可以作為醫(yī)藥中間體，封端劑，粘合劑等等。1.5毒性以及其危害（CH3)3SiCl呈現(xiàn)無色透明狀，氣味臭且刺鼻。可以通過呼吸道，皮膚黏膜組織以及口腔進(jìn)入人體內(nèi)部，使人感到惡心，頭痛，眼睛刺痛，還會(huì)使人呼吸困難，水腫，肺水腫，肺炎。乃至情況嚴(yán)峻時(shí)可以導(dǎo)人殞命。三甲基一氯硅烷屬于易燃易爆的危險(xiǎn)品，發(fā)生爆炸后會(huì)產(chǎn)生有毒氣體，發(fā)生泄漏則會(huì)污染周圍環(huán)境。所以一定要將其放置于通風(fēng)陰涼干燥處，遠(yuǎn)離火源、靜電等可能引起爆炸燃燒的因素。1.6精餾原理根據(jù)混合料液中各組分的差別，通過氣相和液相回流，使氣液兩相反向流動(dòng)屢次接觸，使物料，多次不斷地一部分汽化和一部分液化，不斷地使輕質(zhì)組分向氣相中轉(zhuǎn)移，使

13、重組分向液相中轉(zhuǎn)移。終究可以獲得到高濃度的輕組分和重組分。1.8精餾塔的類別和特點(diǎn) 精有板式塔和填料式塔之分。1）填料塔操作局限，對(duì)于液體負(fù)荷波動(dòng)敏感。負(fù)載不大，不夠很好地潤濕填料外面，影響傳質(zhì)；若負(fù)荷大，則容易液泛。板式塔操縱范疇與之要大。2） 容易發(fā)生反應(yīng)生成易凝聚物質(zhì)或含有固體雜質(zhì)懸浮雜質(zhì)的物料不適合填料塔，某些板式塔則可以很好地處理這類物料。而且后者好清洗。3） 一般填料塔的直徑相比較板式塔直徑較小，但隨著近些年的塔技術(shù)的不斷改進(jìn)，情況有所改變。4）當(dāng)塔徑不大時(shí)，因?yàn)槠錁?gòu)造不復(fù)雜，投資較少，是以填料塔更合適。對(duì)易起泡物料，填料對(duì)泡沫有抑制作用。對(duì)不同物料，可以根據(jù)情況使用不同填料。填料

14、塔比較好。填料塔停留液量少，滯留時(shí)間短，合適熱敏料液。5）塔的壓降小，合適空壓操縱。 1.7精餾在產(chǎn)業(yè)中的運(yùn)用 在工業(yè)生產(chǎn)中，之前,平常處置量少時(shí)用填料塔,處置量大利用板式塔?，F(xiàn)在由于填料塔激素的不斷改進(jìn)，新的高效填料的不斷開發(fā)，使填料塔的各種性能不斷提高的同時(shí)又有效的降低了能耗。使得填料塔在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)很多情況下都能夠代替板式塔。填料塔布局簡(jiǎn)略，安裝便利，低壓降，低持液量，操縱彈性大。投資費(fèi)用高，易堵塞。本設(shè)計(jì)是為提純分離三甲基氯硅烷，處理量不大，為降低能耗和操作費(fèi)用選擇填料式精餾塔。產(chǎn)物純度：W(（CH3)3SiCl）99.5%1.9技術(shù)來源（一） 合成技術(shù)來源格氏試劑法 

15、; 早在1904年Kipping用RMgX試劑與四氯化硅作用，制得了烷基和芳基氯硅烷單體，用這一方法可以合成眾多的有機(jī)氯硅烷，其中TMCS的生產(chǎn)可用如下反應(yīng)式表示：CH3MgCl+SiCl4 CH3SiCl3+MgCl2  CH3MgCl+CH3SiCl3 (CH3)3SiCl3+MgCl2直接法  直接法就是在較高的反應(yīng)溫度和催化劑存在下，使用有機(jī)氯化物與硅銅合金直接反應(yīng)而生產(chǎn)各種有機(jī)硅氯烷的混合物，其產(chǎn)物組成取決于原料及反應(yīng)條件，經(jīng)精餾提純可得到三甲基氯硅烷及其他單體。4CH3Cl+2Si (CH3)3SiCl3+CH3SiCl33CH3Cl+ Si (CH3)3SiC

16、l3+Cl22.設(shè)計(jì)部分2.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：（一） 生產(chǎn)能力：5萬噸/年，一年按330天算，即7920小時(shí)。（二） 產(chǎn)品三甲基一氯硅烷純度：三甲基一氯硅烷99.6%。2.2物料衡算圖2.3物料衡算MF=MAXF+MB(1-XF)=108.643×0.9784+149.479×0.0216=109.525kg/kmolqn,F=261.745109.525kmol/h=2.3898kmol/hXF=0.9784 XD=0.9971 Xw=0.7877qn,F=qn,D+qn,wqn,FXF=qn,DXD+qn,wXw聯(lián)立，代入數(shù)據(jù)得qn,F=2.3898kmol/h qn,D=2

17、.1767kmol/hqn,w=0.2133kmol/h聯(lián)立可求出餾出液采出率：即qn,D/qn,F =XF-Xw/XD-Xw=0.9784-0.7877/0.9971-0.7877=0.9107塔頂易回收組分回收率為A=(qn,DXD/qn,FXF)×100%=(2.1767×0.9971/2.3898×0.9784)×100%=92.824%塔底難揮發(fā)組分回收率為B=qn,w（1-Xw）/qn,F(1-XF)×100%=0.2133×（1-0.7877）/2.3898×（1-0.9784）=87.725%2.4塔板數(shù)的確

18、定2.4.1逐板計(jì)算法塔頂回流qn,l=8.14416kmol/h所以R=qn,l/qn,D=8.14416/2.1767=3.741所以精餾段操作線即：y2=0.789x1+0.210因?yàn)橄鄬?duì)揮發(fā)度=1.287357 逐板計(jì)算法通常是從塔頂開始算起，由于塔頂采用全凝器，從塔頂最上一層塔板（序號(hào)為1）上升的蒸汽全部冷凝成飽和溫度下的液體，故流出液和回流液的組成均為離開第一層理論板的氣相組成y1，即y1=xD根據(jù)理論板的概念，自第一層塔板下降的液相組成x1和y1互成平衡，則 （a)從第二層理論板上升的氣相組成y2與x1符合精餾段操作關(guān)系，由x1可求得y2，即 (b)然后依次根據(jù)平衡方程和精餾段操

19、作線方程，逐板計(jì)算，直至xF xn(泡點(diǎn)進(jìn)料），由此便可知第幾層理論板為進(jìn)料板，按慣例，進(jìn)料板算是提餾段，因此，精餾段所需理論板層數(shù)為（n-1）計(jì)算過程：y1=xD=0.9971代入a：x1=0.9963代入b:y2=0.9961依次：x2=0.9950y3=0.9951x3=0.9937y4=0.9940x4=0.9923y5=0.9930 x5=0.9910y6=0.9919x6=0.9896y7=0.9908x7=0.9882y8=0.9897x8=0.9868y9=0.9886x9=0.9854y10=0.9875x10=0.9840y11=0.9864x11=0.9826y12=0.

20、9853x12=0.9812y13=0.9842x13=0.9797y14=0.9830x14=0.9783xF=0.9784則第14層為進(jìn)料板即y=1.02067x-0.01628 (c)由x1/=x14=0.9783代入(c)得y2/=0.9822代入（a)得x2/=0.9772y3/=0.98112x3/=0.97583y4/=0.97972x4/=0.97404y5/=0.9779x5/=0.97173y6/=0.97554x6/=0.96873y7/=0.9725x7/=0.96487y8/=0.96854x8/=0.95986y9/=0.963424x9/=0.9534y10/=0

21、.95983x10/=0.948877y11/=0.95221x11/=0.93931y12/=0.94245x12/=0.92712y13/=0.9300x13/=0.9117y14/=0.9143x14/=0.8924y15/=0.8683x15/=0.8683y16/=0.8700x16/=0.8387y17/=0.83976x17/=0.8028y18/=0.8031x18/=0.7607xw=0.78772.4.2圖解法（一）因?yàn)閤00.100.200.300.400.500.600.700.800.901.0y00.12510.24350.35560.46190.56280.658

22、80.75020.83740.92021泡點(diǎn)進(jìn)料，由xD=0.9971及xW=0.7877在圖中分別定出點(diǎn)a及點(diǎn)c。精餾操作線截距為在y軸上確定點(diǎn)b，連接點(diǎn)a和點(diǎn)b，即得精餾段操作線ab，q線為通過xF=0.9784的垂直線ed,點(diǎn)d即為兩操作線的交點(diǎn)，連接點(diǎn)c與點(diǎn)d,即得提餾段操作線方程，按一般作圖法從點(diǎn)a開始畫階梯，圖解得；理論塔板層數(shù)為32，第14層為理論進(jìn)料板。2.4.3最小回流比Rmin1.作圖法最小回流比2. 解析法對(duì)于泡點(diǎn)進(jìn)料，q=1,有xq=xF，則有2.9433.最小理論板層數(shù)Nmin由芬斯克方程 = =16.9302Nmin：全回流時(shí)的最小理論板層數(shù)（不包含再沸器）2.4.

23、4 簡(jiǎn)捷法(1） 在精餾塔的設(shè)計(jì)型計(jì)算時(shí)，為了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，確定適宜的回流比，可采用如圖所示的吉利蘭圖（Gilliland)進(jìn)行計(jì)算。吉利蘭關(guān)聯(lián)圖是雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖，它關(guān)聯(lián)了Rmin、R、Nmin及N四個(gè)變量之間的關(guān)系。橫坐標(biāo)為（R-Rmin）/(R+1)，縱坐標(biāo)為（N-Nmin）/(N+2)。其中，Nmin和N分別代表全塔的最少理論板層數(shù)及理論板層數(shù)（均不含再沸器）。圖中曲線左端延長線表示在最小回流比下的操作情況，此時(shí)，（R-Rmin）/(R+1)接近于零，（N-Nmin）/(N+2)而接近于1（即N=）；曲線右端延長線表示在全回流的操作情況下，此時(shí)，（R-Rmin）/(R+1)接近于1（即R=

24、），而（N-Nmin）/(N+2)接近于零（即N=Nmin）。 吉利蘭關(guān)聯(lián)圖是用八種物系在廣泛精餾條件下，由逐板計(jì)算法得出的結(jié)果。這些條件是：組分?jǐn)?shù)211；五種進(jìn)料狀況；Rmin為0.537.0；為1.264.05；NT為2.443.1。對(duì)甲醇-水等非理想物系也同樣適用，同時(shí)，還可用于多組分精餾的計(jì)算。為便于用計(jì)算機(jī)計(jì)算，圖中的曲線在橫坐標(biāo)0.010.9的范圍內(nèi)，可用下式表達(dá)，即Y=0.545827-0.591422X+0.002743/X式中 X=(R-Rmin)/(R+1) Y=(N-Nmin)/(N+2)所以代入數(shù)據(jù)得X=（3.741-2.9787）/(3.741+1)=0.161 (符合橫坐標(biāo)在0.010.9的范圍內(nèi)）則：Y=0.545827-0.591422×0.161+0.002743/0.161=0.4676即：0.4676=N-16.9302/N+2解得 N=33.556故取理論板層數(shù)NT=34層（不包括再沸器）進(jìn)料板的位置： =8則：=0.4676解得：N=16故第十六塊為進(jìn)料板。（二）全塔效率衡算ETET=0.17-0.616lgm 進(jìn)料的平均黏度為m=0.217ET=0.17-0.616lg0.217=0.57958（3） 實(shí)際塔板數(shù)N精餾段 N精=14÷0.5824.1425層提餾段 N提=18÷0.5831.03取32