精馏实验报告
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精馏实验报告
WTD standardization office【WTD 5AB- WTDK 08- WTD 2C】
化工原理实验报告
一、实验目的
1. 熟悉精馏的工艺流程,掌握精馏实验的操作方法;
2. 了解板式塔的结构,观察塔板上气-液接触状况;
3. 测定全回流时的全塔效率及单板效率。
4. 测定全塔的浓度分布。
二、摘要
在板式精馏塔中,由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶主板下降的回流
液,在塔板上实现多次接触,进行传热与传质,使混合液达到一定程度的分离。对于双组分混合液的蒸馏,若已知汽液平衡数据,测得塔顶流出液组成D X 、釜残液组成W X ,液料组成F X 及回流比R 和进料状态,就可用图解法在y x 图上,或用其他方法求出理论塔板数T N 。塔的全塔效率T E 为理论塔板数与实际塔板数N 之比。精馏塔的单板效率M E 可以根据液相通过测定塔板的浓度变化进行计算。本实验在板式精馏塔全回流的情况下,通过测定乙醇丙醇体系混合液在精馏塔中的传质的一些参数,计算精馏塔的总板效率和某几块板的单板效率(液相单板效率),分析该塔的传质性能和操作情况。
三、实验原理
在板式精馏塔中,混合液的蒸汽逐板上升,回流液逐板下降,气液两相在塔板上接触,实现传质、传热过程而达到分离的目的。如果在每层塔板上,上升的蒸汽与下降的液体处于平衡状态,则该塔板称之为理论塔板。然而在实际操做过程中由于接触时间有限,气液两相不可能达到平衡,即实际塔板的分离效果达不到一块理论塔板的作用。因此,完成一定的分离任务,精馏塔所需的实际塔板数总是比理论塔板数多。
回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量与采出量之比,称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一,其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。回流比存在两种极限情况:最小回流比和全回流。本实验处于全回流情况下,既无任何产品采出,又无原料加入,此时所需理论板最少,又易于达到稳定,可以很好的分析精馏塔的性能。影响塔板效率的因素很多,大致可归结为:流体的物理性质(如粘度、密
度、相对挥发度和表面张力等)、塔板结构以及塔的操作条件等。由于影响塔板效率的因素相当复杂,目前塔板效率仍以实验测定给出。
板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数,有两种定义方法。
(1) 总板效率E
式中:E ——总板效率;
N ——理论板数 (不包括塔釜);
N e ——实际板数
(2) 单板效率ml E
式中:ml E ——以液相浓度表示的单板效率;
n x ,1n x ——第n 块板和第n-1块板的液相浓度;
*n x ——与第n 块板气相浓度相平衡的液相浓度。
总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要参数。当物系与板型确定后,可通过改变气液负荷达到最高的板效率;对于不同的板型,可以在保持相同的物系及操作条件下,测定其单板效率,以评价其性能的优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果,常用于板式塔设计中。
实验所选用的体系是乙醇—正丙醇,这两种物质的折射率存在差异,且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系,通过使用阿贝折光仪来分析料液的折射率,从而得到浓度。在实验温度下,该混合料液的折射率与质量分数(以乙醇计)的关系如下:
式中:m ——料液的质量分数(0 n D ——料液的折射率(1.3560 四、实验装置流程图及主要测试仪器表 图1、精馏实验流程 1.塔顶冷凝器 2.塔身 3.视盅 4.塔釜 5.控温棒 6.支座 7.加热棒 8.塔釜液冷却器 9.转子流量计 10.回流分配器 11.原料液罐 12.原料泵 13.缓冲罐 14.加料口 15.液位计 设备参数: (1)精馏塔-----精馏塔采用筛板结构,塔身用直径Φ57×3mm 的不锈钢管制 成,设有一个进料口,共8块塔板,其中第2-6块塔板设有样品采出口;塔板用厚度1mm 的不锈钢板,板间距为80mm ;板上开孔率为4%,孔径是1.5mm ,孔数为43,孔间 距为6mm ;孔按正三角形排列;降液管为Φ14×2mm 的不锈钢管;堰高是10mm ,底隙高度为4mm 。 (2)蒸馏釜为Φ108×4×400mm 不锈钢材质立式结构,用一支1KW 的SRY-2-1型电热棒进行加热,一支300w 的电热棒恒温加热,并由仪表柜上的电压、电流表加以显示。釜上有温度计和压力计,以测量釜内的温度和压力。 (3)冷凝器-----采用不锈钢蛇管式冷凝器,换热面积0.7m 2。管内走物料,管外走冷却。 (4)原料液罐----规格为Φ300×350×3mm ,不锈钢材料制造,装有液面计,以便观察槽内料液量。 (5)高位贮槽----为Φ300×350×3mm 不锈钢材料容器,顶部有放空管及与泵相连的入口管,下部有向塔供料的出口管。 (6)原料----进料为乙醇-丙醇系统,乙醇的摩尔分率为。 五、实验操作要点 (1)对照流程图,先熟悉精馏过程的流程,并搞清楚仪表柜上按钮与各仪表相对应的设备与测控点。 (2)全回流操作时,在原料储罐中配置含量20℅~25℅(摩尔分数)左右的乙醇—正丙醇料液,启动进料泵,向塔中供料至塔釜液面达250~300mm 。 (3)启动塔釜加热及塔身伴热,使加热电压达到最大,观察塔板上的气液接触情况,当塔顶出现回流液且塔顶温度保持稳定不变时,全回流15分钟,使其充分传质,再取液测量。 (4)同时在塔顶塔釜及相邻两块塔板上取样,用阿贝折光仪进行分析,分别测取数据,重复两三次,当折光率误差小于时,记录各组数据。 六、实验数据处理 1、40℃料液的质量分数与折光率的关系 :58.206842.1941D m n =- 2、全回流状况下实验测得数据并经过计算机数据处理得到下表: 以塔顶数据计算为例: 折光率平均值: 乙醇质量分数: