连续填料精馏实验指导书

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1、实验六连续填料精憎柱分离能力的测定一、实验目的在工厂和实验室中，连续精馆塔的应用十分广泛。在定常状态下，采用连续精馆的方法分离均相混合液，以达到精制原料和产品ZFI的。连续精馆塔有板式塔和填料塔两大类。如何提高连续填料精憎塔的分离能力也是重要的研究课题Z-。连续填料精徭塔分离能力的测定和评价，尚没有一个统一的标准方法。本实验釆用乙醇—止内醇二元混合液作为实验物系，在不同回流比下测定连续精徭塔的等板高度（当量高度）。并以精馆柱的利用系数作为优化冃标，实验寻求精徭柱的最优操作条件。通过实验观察连续精馆的操作状况，掌握实验室连续精密分憎的操作技术和实验研究方

2、法。从而增进独立解决实验室精谓问题的实际能力，并了解填料塔的结构及操作，加深对连续精憎原理的理解。二、实验原理连续填料精徭分离能力的影响因素众多，大致可归纳为三个方面：一是物性因素，如物系及其组成，汽液两相的各种物理性质等；二是设备结构因素，如塔径少塔高，填料的形式、规格、材质和填充方法等；三是操作因素，如蒸汽速度，进料状况和回流比等。在既定的设备和物系中主要影响分离能力的操作变量为正气上升速度和回流比。在一定的操作气速下，表征在不同回流比下的填料精憎塔分离性能，常以每米填料高度所和当的理论塔板数，或者与一块理论塔板相当的填料髙度，即等板高度（HETP

3、）,作为主要指标。在一定I叫流比下，连续精谓塔的理论塔板数可采用逐板计算法（Lewis-Matheson法）或图解计算法（McCabe—Thiele法）。逐板计算法或图解计算法的依据，都是汽液平衡关系式和操作方程。后者只是釆用绘图方法替代前者的逐板解析计算。但对相对挥发度小的物系，采用逐板计算法更为精确。采用计算机进行程序让算，尤为快速、简便。精馆段的理论塔板数可按下列平衡关系式和精镭段操作方程，进行逐板计算：axl+(a-l)xn提憎段的理论塔板数又须按上列平衡关系式和捉憎段操作方程进行逐板计算。提徭段操作方程为：R+qR'R—1xX(7?+1)—(

4、1—q)Rm(7?+1)—(1—q)R(3)若进料液为泡点温度下的饱和液体，即进料中液相所占分率q=,则捉饰段操作方程可简化为R+RR—1儿+】:上列各式中:V-蒸汽相中易挥发组分的含量，摩尔分率；X—液相中易挥发组分的含量，摩尔分率；a—相对挥发度；R'—冋流比(回流液的摩尔流率与镉出液的摩尔流率Z比，即R=F“FQ；R—进料比(进料摩尔流率与係出液摩尔流率之比，即R=FJFQ；下标n、m、d、f和w分别表示精饰段塔板序号、提馆段塔板序号、馆出液、进料液和釜残液。在全回流下，理论塔板数的计算可由逐板计算法导出的简单公式，称Z为芬斯克(Fenske)

5、公式进行计算，即Nt,olncr(5)式中和对挥发度釆用塔顶和塔的和对挥发度的几何平均值，即Q•仏在全回流或不同回流比下等板高度入可按下式计算:(6)hNt.o式屮M；o为全回流下测得的理论塔板数；为部分回流下测得的理论塔板数；力为填料层的实际高度。显然，理论塔板数或等板高度的大小受回流比的影响，在全回流下测得的理论塔板数最多，也即等板高度最小。为了表征连续精憎柱部分回流时的分离能力，文献中曾提出采川利用系数作为指标。精憎柱的利用系数为在部分回流条件下测得的理论塔板数与在全回流条件下测得的最大理论塔板数Z比值，或者为上述两种条件下分别测得的等板高度Z比

6、值,即：N.]・Nt.ohC这一指标不仅与回流比有关，而且还与塔内蒸汽上升速度有关。因此，在实际操作中,应选择适当操作条件，以获得适宜的利用系数。蒸汽的空塔速度“。可按卜•式计算:"o4（厶+厶d）Qim•s_I式中:厶和厶分别为回流液和憾出液的流量,m・s」；p和几分别为I叫流液和柱顶蒸汽的密度，kg•m-3；d为精馆柱的内径，m。回流液和蒸汽的密度可分别按下列公式计算：1二MaD+Mb（1_"a）叫+趟~Mg

7、Mb（I-Xa）DaPbPaPb（10）PM二户皿徐心+Mb（1—兀a）］~RT~RT式中：Wa和Wb分别为回流液（或憎出液）中易挥发组分

8、A难挥发组分B的质量分率；0A和PB分别为A和B组分在回流温度下的密度，kg•m-3；弘和Mb分别为A和B组分的摩尔质量，kg•mol'1；心和和分别为回流液（或憎出液）中A和B组分的摩尔分率。对于二元物系世=1_Xa；尸为操作压强，Pa；T为塔内蒸汽的平均温度，K；M为塔内蒸汽的平均摩尔质量，kg-mor1；人为气体常数，J-mol-1K_1o三、实验装置木实验装置市连续填料精憎柱和精憎塔控制仪两部分组成，实验装置流程及其控制线路如图1所示。连续填料精憎柱由精憎柱、分憎头、再沸器、原料液预热器和进出料装置四部分组成。精憎柱直径为25mm,精憎段填充高

9、度为200mm,捉憎段填充高度为150mim分憎头由冷凝器和由电磁回流比调节器组成。再沸器（蒸