化工原理篩板塔精餾實驗報告

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1、篩板塔精餾實驗 一．實驗?zāi)康? 1．了解篩板精餾塔及其附屬設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，掌握精餾過程的基本操作方法。 2．學(xué)會判斷系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的方法，掌握測定塔頂、塔釜溶液濃度的實驗方法。 3．學(xué)習(xí)測定精餾塔全塔效率和單板效率的實驗方法，研究回流比對精餾塔分離效率的影響。 二．基本原理 1．全塔效率ET 全塔效率又稱總板效率，是指達(dá)到指定分離效果所需理論板數(shù)與實際板數(shù)的比值： ET=NT-1NP NT——完成一定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜； NP——完成一定分離任務(wù)所需的實際塔板數(shù)，本裝置NP＝10。 2．圖解法求理論塔板數(shù)NT 以回流比R寫成的精餾段操作線方程如下：

2、 yn+1=RR+1xn+1R+1xD yn+1——精餾段第n+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)； xn——精餾段第n塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)； xD——塔頂溜出液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)； R——泡點回流下的回流比。 提餾段操作線方程如下： ym+1=LL-Wxm-WL-WxW ym+1——提餾段第m+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)； xm——提餾段第m塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)； xW－塔底釜液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)； L－提餾段內(nèi)下流的液體量，kmol/s； W－釜液流量，kmol/s。 加料線（q線）方程可表示為： y=qq-1x-xFq-1 其中，

3、 q=1+cpF(tS-tF)rF q——進料熱狀況參數(shù)； rF——進料液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol； tS——進料液的泡點溫度，℃； tF——進料液溫度，℃； cpF——進料液在平均溫度 (tS ? tF ) /2 下的比熱容，kJ/（kmol℃）； xF——進料液組成，摩爾分?jǐn)?shù)。 （1）全回流操作 在精餾全回流操作時，操作線在y－x圖上為對角線，如圖1所示，根據(jù)塔頂、塔釜的組成在操作線和平衡線間作梯級，即可得到理論塔板數(shù)。 圖1 全回流時理論塔板數(shù)確定 （2）部分回流操作 部分回流操作時，如圖2，圖解法的主要步驟為： A.根據(jù)物系和操作壓力畫出相平衡曲線

4、，并畫出對角線作為輔助線； B.在對角線上定出a點(xD，xD)、f點(xF，xF)和b點(xW，xW)； C.在y軸上定出yC＝xD/(R+1)的點c，連接a、c作出精餾段操作線； D.由進料熱狀況求出q，過點f作出斜率為q/（q-1）的q線交精餾段操作線于點d，連接點d、b作出提餾段操作線； E.從點a開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當(dāng)梯級跨過點d時，就改在平衡線和提餾段操作線之間畫階梯，直至梯級跨過點b為止； G.所畫的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論踏板數(shù)（包含再沸器），跨過點d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。 圖2 部分回流時理論板數(shù)的確定 本

5、實驗料液為乙醇水溶液，釜內(nèi)液體由電加熱器產(chǎn)生蒸汽逐板上升，經(jīng)與各板上的液體傳質(zhì)后，進入盤管式換熱器殼程，冷凝成液體后再從集液器流出，一部分作為回流液從塔頂流入塔內(nèi)，另一部分作為產(chǎn)品餾出，進入產(chǎn)品貯罐；殘液經(jīng)釜液轉(zhuǎn)子流量計流入釜液貯罐。 三．實驗步驟 實驗主要操作步驟如下： 1．全回流 （1）在貯罐中配制濃度21%(體積百分比)的料液，以泵混合均勻。打開進料管路上的閥門，由進料泵將料液打入塔釜，觀察塔釜液位計高度，進料至釜容積的2/3處。 （2）關(guān)閉塔身進料管路上的閥門，啟動電加熱管電源，逐步增加加熱電壓，使塔釜溫度緩慢上升。 （3）打開塔頂冷凝器的冷卻水，調(diào)節(jié)合適冷凝量，并關(guān)閉塔頂

6、出料管路，使整塔處于全回流狀態(tài)。 （4）當(dāng)塔頂溫度、回流量和塔釜溫度穩(wěn)定后，分別取適量塔頂液（濃度XD）和塔釜液（濃度XW），待其冷卻至室溫后，以密度計測量其體積百分比。 2．部分回流 （1）在儲料罐中配制一定濃度為21%的乙醇水溶液。 （2）待塔全回流操作穩(wěn)定時，打開進料閥，調(diào)節(jié)進料量至適當(dāng)?shù)牧髁俊? （3）控制塔頂回流和出料兩轉(zhuǎn)子流量計，調(diào)節(jié)回流比R為3。 （4）打開塔釜殘液流量計，調(diào)節(jié)至適當(dāng)流量。 （5）當(dāng)塔頂、塔內(nèi)溫度讀數(shù)以及流量都穩(wěn)定后，即如全回流第4步取樣測定體積百分比。 四．實驗結(jié)果 1.實驗記錄數(shù)據(jù)如表1： 表1 實驗數(shù)據(jù) 全回流 部分回流 塔頂溫度

7、/℃ 77.6 77.7 塔底溫度/℃ 91.7 91.9 進料液溫度/℃ 34 34 入口進料流量/(m/h) 11.0 11.0 入口進料液濃度/% 21 xF=0.0942 21 xF=0.0942 塔頂出口流量/(m/h) —— 1 塔頂回流流量/(m/h) —— 3 塔頂產(chǎn)物 質(zhì)量濃度/% 95 xD=0.884 93.5 xD=0.849 塔底產(chǎn)物質(zhì)量濃度/% 13 xW=0.0552 12 xW=0.0508 2．全回流操作 全回流圖見圖3 圖3 全回流示意圖 圖中階梯數(shù)為12

8、，即全回流理論塔板數(shù)NT=12-1=11。而實際塔板數(shù)NP=16。故全塔效率E0=NTNP100%=68.75% 3.部分回流 回流比R=3時，部分回流圖見圖4 圖4 部分回流圖 圖中階梯數(shù)為13，即部分回流理論塔板數(shù)NT=13-1=12。而實際塔板數(shù)NP=16。故全塔效率E0=NTNP100%=75%。 五. 分析討論 1. 由上面全回流圖和部分回流圖可以看出,實驗測得的塔板效率偏低(通過和其它組同學(xué)實驗對比),原因可能是直接把體積分?jǐn)?shù)當(dāng)做質(zhì)量分?jǐn)?shù)計算引進的誤差;還有取出的餾分未充分冷卻便測量體積分?jǐn)?shù);密度計測量不夠精確；回部分流比難精確控制。 2. 實驗測得全回流xD大于部分回流xD符合一般規(guī)律，均未超過酒精水溶液的恒沸點。但部分回流實驗時發(fā)覺難恒定回流比，原因可能是塔內(nèi)氣壓過大，應(yīng)及時排去揮發(fā)造成過剩壓力，保證實驗進行