填料塔分离效率的测定

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1、实验十八填料塔分离效率的测定A实验目的填料塔是生产中广泛使用的一种塔型，在进行设备设计时，要确定填料层高度，或确定理论塔板数与等板高度HETPo-H屮理论板数主要取决于系统性质与分离要求，等板高度HETP则与塔的结构，操作因索以及系统物性有关。山于精侧系统中低沸组分与高沸组分表面张力上的差界，沿着汽液界血形成了表面张力梯度，表面张力梯度不仅能引起表面的强烈运动，而「L还可导致表面的蔓延或收缩。这对填料表Ifli液膜的稳定或破坏以及传质速率都冇密切关系，从而影响分离效果。木实验的目的在于：(1)了解系统表面张力对填料精係塔效率的影响机理；(2)测定甲酸-水系统在正、负系统范围的HETPoB实验

2、原理：根据热力学分析，为使喷淋液能很好地润湿填料表而，在选择填料的材质时，要使固体的表面张力bsy人于液体的表而张力然而有时虽己满足上述热力学条件，但液膜仍会破裂形成沟流，这是由于混合液屮低沸组分与高沸组分表面张力不同，随着塔内传质传热的进行，形成农面张力梯度，造成填料表面液膜的破碎，从而影响分离效果。根据系统中组分表而张力的大小，可将二元精饰系统分为下列三类：(1)正系统：低沸组分的表而张力q较低，即65。当回流液下降时，液体的表而张力o■“值逐渐增人。(2)负系统；与正系统相反，低沸组分的表面张力㈢较高，即6〉％因而回流液下降过程小表面张力6山逐渐减小。(3)中性系统：系统中低沸组分的表

3、面张力与高沸组分的表面张力相近，即＜7严5,或两组分的挥发度差杲甚小，使得回流液的表而张力值并不随着塔中的位置有多大变化。在精憎操作中，由于传质与传热的结果，导致液膜表面不同区域的浓度或温度不均匀,使表面张力发生局部变化，形成表面张力梯度，从而引起表面层内液体的运动，产生Marangoni效应。这一效应可引起界而处的不稳定，形成旋涡；也会造成界而的切向和法向脉动，而这些脉动有时又会引起界而的局部破裂，因此由玛兰哥尼(Marangoni)效应引起的局部流体运动反过來又影响传热传质。填料塔内，相际接触曲积的人小取决于液膜的稳定性，若液膜不稳定，液膜破裂形成沟流，使相际接触面积减少。由于液膜不均匀

4、，传质也不均匀，液膜较薄的部分轻组分传出较多，重组分传入也较多，于是液膜薄的地方轻组分含量就比液膜厚的地方小，对正系统而言,如图2-29所示，由于轻组分的表而张力小于重组分，液膜薄的地方表而张力较人，而液膜液体流向液体流向(八)正系统液体流向液体流向膜撕破，形成沟流(B)负系统图2・29表山i张力梯度对液膜稳定性的彫响较厚部分的表面张力比较薄处小，表面张力差推动液体从较厚处流向较薄处，这样液膜修复，变得稳定。对于负系统，则情况相反，在液膜较薄部分表而张力比液膜较厚部分的表tfri张力小，表面张力并使液体从较薄处流向较厚处，这样液膜被撕裂形成沟流。实验证明,正、负系统在填料塔屮具有不同的传质效

5、率,图2-30水■甲酸系统的x・y图负系统的等板高度(HETP)可比正系统人一•倍其至一倍以上。木实验使川的精憎系统为具冇授高共沸点的卬酸-水系统。试剂级的甲酸为含85(Wt)%左右的水溶液，在使用同一系统进行正系统和负系统实验时，必须将其浓度配制在正系统与负系统的范围内。甲酸-水系统的共沸组成为：兀比。=0.435,而85(Wt)%甲酸的水溶液屮含水量化为摩尔分率为0.3048,落在共沸点的左边，为正系统范围，水-甲酸系统的X-Y图如图2-30所示。其汽液平衡数据如下:t°C102.3104.6105.9107.1107.6107.6107.1106.0104.2102.9101.8xh2

6、o0.04050.1550.2180.3210.4110.4640.5220.6320.7400.8290.900ytho0.02450.1020.1620.2790.4050.4820.5670.7180.8360.9070.951图2-31填料塔分离效率实验装置图1-电热包；2■蒸憎釜:3■釜温度计;C预习与思考(1)何谓正系统、负系统？正负系统対填料塔的效率有何影响？(2)从工程角度出发，讨论研究正、负系统对填料塔效率的影响有何意义？(3)本实验通过怎样的方法，得出负系统的等板高度(HETP)大于正系统的HETP?(4)设让一个实验方案，包括如何做止系统与负系统的实验，如何配制溶液(假

7、定含85毗％甲酸的水溶液500ml,约610g)o(5)为什么水-甲酸系统的y-x图屮，共沸点的左边为正系统，右边为负系统？(6)估让一下」［•：、负系统范围内塔顶、塔釜的浓度。(7)操作中要注意哪些问题？(8)设计记录实验数据的表格。(9)提出分析样品甲酸含量的方案。D实验装置及流程4-塔底取样段温度计：5-塔底取样装置；6-填料塔:7-保温夹套：8-保温温度计；9-塔顶取样装置：10-塔顶取样段温度计；1