实验十二、精馏塔部分回流操作及塔效率的测定实验.pdf

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1、精馏塔的操作及塔效率的测定实验一．实验目的1．了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。2．学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。3．学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法，研究回流比对精馏塔分离效率的影响。二．基本原理1．全塔效率ET全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值，即N1TETNP式中，N－完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜；TN－完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置N＝10。PP全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，说明了塔板结构、物性系数、操作状

2、况对塔分离能力的影响。对于塔内所需理论塔板数N，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔T顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得。2.图解法求理论塔板数NT图解法又称麦卡勃－蒂列（McCabe－Thiele）法，简称M－T法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在y－x图上直观地表示出来。精馏段的操作线方程为：RxDyxnn1RR11式中，y－精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；n1x－精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数；nx－塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数；DR－泡点回流下的回流比。提馏段的操作线方程为：'

3、LWxWyxmm1''LWLW式中，y－提馏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；m1x－提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数；mx－塔底釜液的液体组成，摩尔分数；W'L－提馏段内下流的液体量，kmol/s；W－釜液流量，kmol/s。加料线（q线）方程可表示为：qxFyxqq11c()ttpFSF其中，q1rF式中，q－进料热状况参数；r－进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；Ft－进料液的泡点温度，℃；St－进料液温度，℃；Fc－进料液在平均温度()tt/2下的比热容，kJ/（kmol℃）；pFSFx－进料液组成，摩尔分数。F回

4、流比R的确定：LRD式中，L－回流液量，kmol/s；D－馏出液量，kmol/s。L式R只适用于泡点下回流时的情况，而实际操作时为了保证上升气流能完全冷凝，冷却水量D一般都比较大，回流液温度往往低于泡点温度，即冷液回流。如图2所示，从全凝器出来的温度为t、流量为L的液体回流进入塔顶第一块板，由于回流温度R低于第一块塔板上的液相温度，离开第一块塔板的一部分上升蒸汽将被冷凝成液体，这样，塔内的实际流量将大于塔外回流量。图2塔顶回流示意图对第一块板作物料、热量衡算：VLVL112VILIVILI1V11L12V2L对上面两式整理、化简后，近似可得：ct()t

5、p1LRLL[1]1r即实际回流比：L1R1Dct()tp1LRL[1]rD式中，V、V－离开第1、2块板的气相摩尔流量，kmol/s；12L－塔内实际液流量，kmol/s；1I、I、I、I－指对应V、V、L、L下的焓值，kJ/kmol；V1V2L1L121r－回流液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；c－回流液在t与t平均温度下的平均比热容，kJ/（kmol℃）。p1LR部分回流操作部分回流操作时，如图3，图解法的主要步骤为：A.根据物系和操作压力在y－x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线；B.在x轴上定出x＝xD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂

6、线分别交对角线于点a、f、b；C.在y轴上定出yC＝xD/(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线；D.由进料热状况求出q线的斜率q/（q-1），过点f作出q线交精馏段操作线于点d；E.连接点d、b作出提馏段操作线；F.从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止；G.所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。图3部分回流时理论板数的确定三、实验装置和流程本实验装置的主体设备是筛板精馏塔，配套的有加料系统、回流系统、产

7、品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。精馏过程如图4所示。本实验料液为乙醇-水溶液，釜内液体由电加热器产生蒸汽逐板上升，经与各板上的液体传质后，进入盘管式换热器壳程，由冷却水冷凝成液体后再从集液器流出，一部分作为回流液从塔顶流入塔内，另一部分作为产品馏出，进入产品贮罐；残液流入釜液贮罐。四．实验步骤与注意事项1.本实验的主要操作步骤如下：（1）待塔全回流操作稳定时，打开进料阀，调节进料量至适当的流量。（3）控制塔顶回流和出料两转子流量计，调节回流比R(R=1~4)。（4）当塔顶、塔内温度读数稳定后即可取样。记录进料温度，分