北京化工大学-精馏实验报告-2015

北京化工大学

化工原理实验告

实验名称： ___________________精馏实验__________________ 班级：____________________________________________ 姓名：____________________________________________ 学号：____________________________________________

同组成员： ____________________________________________

精馏实验

一、实验目的

1、熟悉填料塔的构造与操作；

2、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法；

3、了解板式精馏塔的结构，观察塔板上汽液接触状况；

4、掌握液相体积总传质系数K x a 的测定方法并分析影响因素

5、测定全回流时的全塔效率及单板效率；

6、测量部分回流时的全塔效率和单板效率

二、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。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要有无穷多块板的精馏塔。这在工业上是不可行的，所以最小回流比只是一个操作限度。若在全回流下操作，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。实际回流比常取最小回流比的1.2~2.0 倍。

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

E N：

式中：E ――总板效率；N ――理论板数N e ――实际板数

（2）单板效率E ml

（不包括塔釜）；

X n 1 X n

X n 1 X n

式中：E ml――以液相浓度表示的单板效率；

X n，X n 1第n块板和第n-1块板的液相浓度；

*

x

n ――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一正丙醇，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。

若改变塔釜再沸器中电加热器的电压，塔内上升蒸汽量将会改变，同时，塔釜再沸器电

热器表面得温度将发生改变，其沸腾给热系数也将发生变化，从而可以得到沸腾给热系数与加热量的关系。由牛顿冷却定律，可知

Q A t m

式中Q 加热量，kW ；

--- 沸腾给热系数，kW/ (m2 K)

A――传热面积，m2

t m——加热器表面与温度主体温度之差，C。

若加热器的壁面温度为t s,塔釜内液体的主体温度为t w，则上式可改写为

Q A t s t w

由于塔釜再沸器为直接电加热，则其加热量Q为

式中：U ——电加热器的加热电压，V ；

R——电加热器的电阻，Q

(3) 根据进料热状态参数作q线,

q线方程：

X f

q 1

式中：X f——进料液组成(摩尔分数)；

q——进料热状态参数。

每千摩尔进料变成饱和蒸汽所需的热量

进料的千摩尔汽化潜热

式中：C p ――定性温度下进料液的平均比热，( kJ?kmol -1? C-1)

T f进料温度，C；

T s--- 进料泡点，C；

r c--- 进料的千摩尔气化潜热，（kJ/kmol ）;

（4 ）由塔底残液浓度X W垂线与平衡线的交点，精馏段操作线与q线交点的连线作提馏段操作线。

（5 ）图解法求出理论塔板数。

三、实验流程

1、实验装置

本实验的流程如图所示，主要由精馏塔、回流分配装置及测控系统组成。

6、进料泵

7、进料旁路阀

8、进料流量计

9、快速进料阀 10、进料口位置阀

11 、玻璃塔节 12、塔釜加热器 13 、塔釜液位计 14 、塔釜出料阀 15 、塔釜冷却器 16、出料泵 17、快速出料阀 18、n 型液位控制管 19、回流比分配器20、塔顶冷凝器

21 、塔顶放空阀 22、冷却水流量计 2、 设备参数

(1 )精馏塔

精馏塔为筛板塔，全塔共 8块塔板，塔身的结构尺寸为：塔径0( 57 X 3.5 ) mm ，塔板 间距

80mm ：溢流管截面积 78.5mm 2

，溢流堰高 12mm ，底隙高度 6mm ；每块塔板开有 43 个直径为 1.5mm

的小孔， 正三角形排列， 孔间距为 6mm 。为了便于观察塔板上的汽— 液接触情况，塔身设有一节玻璃视

盅，在第 1~6 块塔板上均有液相取样口。

蒸馏釜尺寸为0 108mm X 4mm X 4OOmm 。塔釜装有液位计、电加热器(1.5kW )、控 温电加热器( 200W )、温度计接口、测压口和取样口，分别用于观察釜内液面高度，加热 料液， 控制电加热量，测量

塔釜温度，测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。由于本实验所 取试样为塔釜液相物料， 故塔釜可视为一

块理论板。 塔顶冷凝器为一蛇管式换热器， 换热面 积 0.06m 2

，管外走蒸汽，管内走冷却水。

(2)回流分配装置

分配装置由回流分配器与控制器组成。 控制器由控制仪表和电磁线圈构成。 回流分配器 由玻璃制成， 它由一个入口管、 两个出口管及引流棒组成。 两个出口管分别用于回流和采出。 引流棒为一根0

4mm 的玻璃棒，内部装有铁芯，塔顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下， 在控制器的控制下实现塔顶冷凝器

的回流或采出操作。 即当控制器电路接通后， 电磁线圈将 引流棒吸起， 操作处于采出状态； 当控制器电

路断路时， 电磁线圈不工作， 引流棒自然下垂， 操作处于回流状态。 此回流分配器既可通过控制器实现

手动控制， 也可通过计算机实现自动 控制。

3 ）测控系统

4、进料罐

5、进料罐放空阀

1、配料罐

2、配料罐放空阀

3、循环泵