筛板塔的操作与塔板效率的测定实验

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1、实验13筛板塔的操作与塔板效率的测定实验【引言】低温技术是指用各种获得低温的方法使气体液化，或者使某一物体或空间达到并保持所需要的低温。低温技术的主要应用领域之一是使空气和气体混和气体通过低温液化及分离获得一定的产品。目前气体分离的方法大致分为精馏、冷凝、吸收、吸附、薄膜渗透等。精馏过程是利用各组分蒸发温度的不同将混合物分离，主要适用于被分离组分沸点相近的情况，如制氧工业中的氮和氧的分离，化工领域的水和乙醇的分离，乙醇和正丙醇、氢和重氢的分离等。【实验目的】1．了解玻璃精馏装置的构造和原理，学习精馏塔的使用和操作；掌握精馏塔操作的原理和步骤；2．学习用精馏方法分离均相混和物料，对精馏过程

2、做全塔物料平衡计算和操作过程的过程分析；3．掌握筛板精馏塔全塔效率的测定方法；学习分析回流比对精馏产物浓度及产量的影响规律；4．了解阿贝折射仪的基本工作原理，学会用阿贝折射仪分析测定混合物的组分。【实验原理】１）　精馏塔的板效率精馏是利用液体混合物中各组分挥发性的差异，通过多次液体部分气化和蒸气部分冷凝，提纯某一组分的单元操作。目前精馏技术已比较成熟，大小规模均得到广泛应用。精馏过程在精馏塔内完成，根据精馏塔内构件不同，分为板式塔和填料塔两大类。塔板是板式精馏塔的主要部件，是气、液两相接触传热、传质的媒介。通过塔底部的再沸腾器（空分塔中的蛇形管）对塔釜液体加热使之气化沸腾，上升的蒸汽穿过

3、塔板上的孔道和板上的液体进行传热传质。塔顶的蒸汽精冷凝器冷凝后，部分作为产品从塔顶流走，部分冷凝液作为回流返回塔内。来自塔顶的液体自上而下经过降液管流至下层塔板口，再横向流过整个塔板，经另一侧的降液管流下。气、液两相在塔内整体呈逆流，板上呈错流，这是板式塔内气、液两相的流动特征。一种好的塔板，应具有处理量大，效率高，阻力小（压降低），结构简单等优点。在筛板精馏塔的操作过程中，气液两相的传热和传质是在筛板上进行的，两相的接触时间是有限的，接触面积液不可能无穷大，因而气液两相在离开筛板时，传热传质并未达到平衡，也就是说，一块实际塔板的分离效果与一块理论塔板相比，存在着一定差距，工程上通常用塔

4、板效率来表示这一差距的大小。塔板效率是精馏塔设计的重要参数之一，影响塔板效率的因素有很多，如塔板结构、气液相流量和接触状况以及物性等诸多因素。迄今为止，塔板效率的计算问题尚未得到很好地解决，一般还是通过实验方法进行测定。有关塔板效率有多种定义，工程上具有实际意义的是全回流条件下测定的全塔效率，即将各板效率平均化。全塔效率是板式精馏塔分离性能的综合度量，它不仅与影响点效率、板效率的各种因素有关，而且还包括了塔板上气液相组成变化的影响。因此全塔效率是一个综合了塔板结构、物性、操作变量等诸多因素影响的参数。全塔效率的定义如下：　　　　　　　　（１）式中：——理论塔板数；——实际塔板数。求取精馏

5、塔理论塔板数的方法主要有解析法和图解法。对于某一组分溶液的精馏分离，如果在全回流条件下该物系的相对挥发度随组分的变化不大，精馏塔的理论塔板数可用芬斯克方程直接计算。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）式中：——塔顶馏出液中轻组分的摩尔分数；　　　——塔底残液中轻组分的摩尔分数；　　　——　全塔物料的平均相对挥发度。工程上通常取塔顶和塔底物料相对挥发度的几何平均值。即如果该物系的相对挥发度随组分变化较大，可以采用图解法求取。利用物系的气－液相平衡关系，在图上做出平衡线和对角线，根据测得的塔顶馏出液和塔底残液中的轻组分的摩尔分数，在对角线和平衡线之间，从对角线上一点开始做直角梯级，

6、直至在对角线上的交点小于为止（见图13-１），其理论塔板数　　　　　　　　　　　　　　　图13-１　　　图解法求理论塔板示意图　　1　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　平衡线2操作线3　　２）　连续精馏操作一个连续工作的精馏塔，要实现稳定的操作，就必须要保持物料的平衡。若进料的摩尔流量为，进料中轻组分的摩尔分数为；塔顶馏出液的摩尔流量为，塔顶馏出液中轻组分的摩尔分数为；塔底馏出液的摩尔流量为，塔底馏出液中轻组分的摩尔分数为。总物料平衡：＝＋　（３）轻组分的物料平衡：（４）当二组分溶液的进料量、进料中轻组分的摩尔分数以及产品的分离要求和一定时，由式（3）和式（4

7、）可知，要达到物料平衡，塔顶和塔底的采出率必须严格控制在以及。但是严格控制塔顶和塔底的采出率，不一定能满足处理量和分离的要求。首先，用于分离该物系的精馏塔必须举有足够的分离能力，即在全回流操作时能够达到分离要求，其次是要有满足处理量和分离要求的操作条件（如合适的回流比，正确的进料口位置等）。一些操作不当或进料状况发生变化，如分离能力不够、物料不平衡、进料量的变化等，均可能导致精馏操作的异常。[实验台介绍]本实验中利用的实验设备有：玻