填料精馏塔操作和等板高度的测定钟荣丹

填 料 精 馏 塔 操 作 和等 板 高 度 的 测 定08化 工08111003148钟 荣 丹 1、 实 验 目 的2、 实 验 原 理3、 实 验 流 程 图4、 实 验 步 骤5、 数 据 处 理6、 问 题 讨 论 实 验 目 的1.了 解 填 料 精 馏 塔 各 部 分 的 构 造 ， 精馏 过 程 及 操 作 方 法2.学 会 测 定 精 馏 塔 的 理 论 塔 板 数 及 等板 高 度3.理 解 回 流 比 以 及 蒸 汽 流 速 对 精 馏 塔性 能 的 影 响 1.填 料 塔 是 以 塔 内 的 填 料 作 为 气 液 两 相 间 接 触 构件 的 传 质 设 备 。 填 料 塔 的 塔 身 填 料 塔 结 构 示 意 图 是 一直 立 式 圆 筒 ， 底 部 装 有 填 料 支 承 板 ， 填 料 以 乱 堆 或 整砌 的 方 式 放 置 在 支 承 板 上 。 填 料 的 上 方 安 装 填 料 压 板 ，以 防 被 上 升 气 流 吹 动 。 液 体 从 塔 顶 经 液 体 分 布 器 喷 淋到 填 料 上 ， 并 沿 填 料 表 面 流 下 。 气 体 从 塔 底 送 入 ， 经气 体 分 布 装 置 （ 小 直 径 塔 一 般 不 设 气 体 分 布 装 置 ） 分布 后 ， 与 液 体 呈 逆 流 连 续 通 过 填 料 层 的 空 隙 ， 在 填 料表 面 上 ， 气 液 两 相 密 切 接 触 进 行 传 质 。 填 料 塔 属 于 连续 接 触 式 气 液 传 质 设 备 ， 两 相 组 成 沿 塔 高 连 续 变 化 ，在 正 常 操 作 状 态 下 ， 气 相 为 连 续 相 ， 液 相 为 分 散 相。实 验 原 理 2.图 解 求 理 论 塔 板 数 ： 从 对 角 线 上 的 xd 开 始 ， 作 x 轴 的 平行 线 （ 水 平 线 ） 交 平 衡 线 于 y1， 再 从 平衡 线 上 的 y1 作 y 轴 的 平 行 线 （ 垂 直 线 ）交 操 作 线 于 x1； 接 着 从 x1 再 作 x 轴 的 平行 线 （ 水 平 线 ） 交 平 衡 线 于 y2， 再 从 平衡 线 上 的 y2 作 y轴 的 平 行 线 （ 垂 直 线 ）交 操 作 线 于 x2， 以 此 类 推 ， 直 到 阶 梯 形达 到 xw 为 止 。 每 一 阶 梯 表 示 一 块 理 论塔 板 。 3.全 塔 效 率 的 定 义 为 ： = NT/N式 中 NT、 N 分 别 表 示 达 到 某 一 分 离 要 求需 的 理 论 板 数 和 实 际 板 数 ， 全 塔 效 率 一 般可 在 全 回 流 操 作 时 来 测 定 。4.等 板 高 度 ： HETP =Z/NT式 中 Z为 填 料 层 高 度 ， NT为 理 论 板 数 。 等 板 高度 与 一 层 理 论 塔 板 的 传 质 相 当 的 填 料 层 高 度 ，它 的 大 小 取 决 于 填 料 的 类 型 ， 材 质 和 尺 寸 ， 受系 统 物 性 ， 操 作 条 件 及 塔 设 备 尺 寸 的 影 响 ， 一般 由 实 验 测 得 。 5.操 作 因 素 对 塔 性 能 的 影 响 对 精 馏 塔 而 言 ， 所 谓 操 作 因 素 主 要 是 指 如 何 正确 选 择 回 流 比 、 塔 内 蒸 气 速 度 、 进 料 热 状 况 等 。 对 于 一 个 给 定 的 塔 ， 回 流 比 的 改 变 将 会 影 响 产品 的 浓 度 、 产 量 、 塔 效 率 和 加 热 蒸 气 消 耗 量 等 。 适宜 的 回 流 比 R 应 该 在 小 于 全 回 流 而 大 于 最 小 回 流 比的 范 围 内 ， 通 过 经 济 衡 算 且 满 足 产 品 质 量 要 求 来 决定 。 塔 内 蒸 气 速 度 通 常 用 空 塔 速 度 来 表 示 。 即 使 塔径 相 同 ， 精 馏 段 和 提 馏 段 的 蒸 气 速 度 也 不 一 定 相 等 。 实验流程图 实 验 步 骤1.配 制 约 5%（ v） 酒 精 水 溶 液 注 入 蒸 馏 釜 内 至 液 位 计 上 的 标记 为 止 （ 约 塔 釜 2/3处 ） ；2.供 料 槽 内 配 置 15 20%（ v） 酒 精 水 溶 液 ；3.开 冷 水 阀 门 ， 向 冷 凝 器 供 水 ； 开 启 电 源 ， 调 节 电 压 给 蒸 馏釜 加 热 ；4.有 回 流 后 ， 先 作 全 回 流 ， 控 制 蒸 发 量 ， 这 时 “ 灵 敏 板 ” 温度 应 控 制 在 设 定 范 围 内 ；5.启 动 料 泵 向 精 馏 塔 供 料 ， 控 制 一 定 流 量 ， 进 行 部 分 回 流 操作 ；6.调 整 回 流 比 ， 可 使 产 品 达 到 要 求 浓 度 ；7.取 样 测 浓 度 ；8.实 验 完 毕 后 ， 即 停 止 供 电 ， 运 转 一 个 时 期 后 ， 才 停 止 向 冷凝 器 供 水 ， 不 得 过 早 停 水 ， 避 免 酒 精 的 损 失 和 着 火 的 危 险 。 数 据 处 理体积分数%摩尔分数%塔顶9 2 .5 7 9 .2 0塔釜4 1 .2 7如 图 : NT=7 其 中 ， N=20， Z=2.02m 所以 =N T/20=7/20=35% HETP=Z/NT=2.02/7=0.29m 问 题 讨 论1.回 流 比 对 塔 效 率 的 影 响 回 流 比 对 精 馏 效 果 有 极 大 影 响 。 在 塔 中 蒸 气 量 一 定的 条 件 下 ， 回 流 比 越 大 ， 回 流 量 相 应 地 越 多 ， 但 相 应 得到 馏 出 液 的 量 越 少 。 塔 板 上 发 生 的 是 部 分 气 化 和 部 分 冷凝 ， 液 体 部 分 气 化 时 首 先 生 成 的 是 易 挥 发 含 量 较 高 的 蒸气 ， 回 流 量 越 大 ， 气 化 生 成 的 蒸 气 含 易 挥 发 组 分 也 较 多 ，相 应 地 可 以 用 较 少 的 塔 板 数 达 到 要 求 的 分 离 纯 度 。 回 流 比 增 大 的 极 限 是 塔 顶 冷 凝 液 全 部 作 为 回 流 ， 这时 R = ， 称 为 全 回 流 。 在 这 种 情 况 下 ， 精 馏 段 操 作 线和 提 馏 段 操 作 线 都 简 化 为 y = x， 精 馏 所 需 的 理 论 板 数 最少 。 全 回 流 时 实 际 上 得 不 到 产 品 ， 在 工 业 上 是 不 采 用 的 。 2.塔 内 蒸 气 速 度 对 塔 效 率 的 影 响适 当 地 选 用 较 高 的 蒸 气 速 度 ， 不 仅 可 以 提 高 塔 板 效 率 ，而 且 可 以 增 大 塔 的 生 产 能 力 。 但 是 ， 如 果 速 度 过 大 ， 则会 因 为 产 生 雾 沫 夹 带 及 减 少 了 气 液 两 相 接 触 时 间 而 使 塔板 效 率 下 降 ， 甚 至 产 生 液 泛 而 使 塔 被 迫 停 止 运 行 。 因 而要 根 据 塔 的 结 构 及 物 料 性 质 ， 选 择 适 当 的 蒸 气 速 度。3.影 响 HETP的 因 素物 理 因 素 ： 物 系 及 组 成 ， 气 液 两 相 的 各 种 物 理 性 能 等设 备 结 构 因 素 ： 塔 径 和 塔 高 等操 作 因 素 ： 蒸 汽 速 度 ， 进 料 状 况 和 回 流 比 等 4.在 精 馏 操 作 过 程 中 ， 回 流 温 度 发 生 波 动 ，对 操 作 会 产 生 什 么 影 响 ？5.改 变 塔 釜 加 热 电 压 ， 对 塔 顶 产 品 质 量有 何 影 响 ？馏 出 物 的 纯 度 可 能 不 高 ， 降 低 塔 的 分 离 效 率 。塔 釜 电 压 改 变 ， 会 使 上 升 蒸 汽 流 温 度 发 生 改变 ， 从 而 使 塔 顶 产 品 的 组 成 发 生 改 变 。 6.如 果 乙 醇 溶 液 中 含 有 少 量 甲 醇 则 会 给 比 重法 测 定 乙 醇 浓 度 带 来 何 种 影 响 ？7.注 意 事 项甲 醇 的 密 度 比 乙 醇 的 密 度 大 ， 若 溶 液 中 混 有 甲 醇 ， 则 溶液 的 密 度 会 变 大 ， 使 测 量 的 乙 醇 溶 液 的 浓 度 变 小 。1.本 实 验 过 程 中 ， 要 特 别 注 意 安 全 ， 严 禁 干 烧 加 热 器 ， 以免 发 生 触 电 事 故 。2.开 车 时 必 须 先 接 通 冷 却 水 ， 方 能 进 行 塔 釜 加 热 ， 停 车 时则 反 之 。3.取 样 时 ， 打 开 取 样 旋 塞 要 缓 慢 ， 以 免 烫 伤 。4.塔 顶 残 留 不 凝 性 气 体 要 排 出 干 净 ， 否 则 将 影 响 产 品 的 采出 和 浓 度 监 测 。