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化工原理实验报告五精馏操作


实验五、筛板精馏塔精馏操作实验
一、实验目的 1 了解精馏塔的构造 熟悉精馏工艺流程 2 掌握精镏塔操作方法 3 测定部分回流状况下的全塔效率 二、实验原理 1 全回流状况下单板效率 对第 n 板而言,按气相组成变化表示的单板效率为

E MV ?

y n ? y n?1 y n ? y n?1
*

(a)

式中 yn?1 —— 由第 n+1 块板上升至第 n 块板的气相组成

y n —— 由第 n 块板上升至第 n-1 块板的气相组成
* y n ——与离开第 n 块板的液相 xn 成平衡的气相组成

全回流时 R=∞ ,操作线与对角线重合。因此有: y n ?1 ? xn

y n ? xn?1
(a)式可写成

EMV ?

xn?1 ? xn y n ? xn
*

(b)

这时,欲测定第 n 块塔板的单板效率,只要测取该板(n 板)及其上一板(n-1 板)的 液相组成 xn 和 x n ?1 值。由 xn 值根据平衡曲线找出 y n ,再代入(b)式即可求出该板的单
*

板效率。 2 全塔效率 ET 全塔板效率又称总板效率。可表示为

ET ?
式中: ET ——全塔效率

NT N

N T ——理论板数(不包括蒸馏釜)
N——实际板数(不包括蒸馏釜)
1

对于二元物系已知气液平衡数据, 可根据馏出液组成 x D , 料液组成 x F , 残液组成 xW , 回流比 R,进料温度 t F 可求得理论板数 N T 。 三、实验装置流程 1. 流程图

1-塔釜 2-塔釜温度传感器 3-塔体 4-进料加热器 5-进料温度传感器 6-塔板 7-回流液温度传感器 8-塔顶温度传感器 9-冷凝器 10-馏出液分配器 11-料液贮槽 12-料液泵 13-倒罐泵 14-产品贮槽 15-釜液泵

图 1, 精馏实验装置流程图 2. 主要技术数据 塔内径: ? 80mm 实际塔板数;15 块(不包括蒸馏釜 ) 板间距:100mm 加料板位置: 孔径: ? 2mm 开孔率:6% 再沸器加热功率: 3Kw 塔顶冷凝器面积(双程列管式)0.4 ㎡ 其中 5#,6#,7#,8#塔为自动数据采集和控制 3#,4#采用蒸汽加热 四 实验步骤 1. 检查整套装置管路系统及控制系统是否正常 2. 向蒸馏釜中加入料液,维持液面在 2/3 处。 料液组成在 15%(体积分率)左右 3. 启动电源(或蒸汽)加热,打开冷却水(适当) 。全回流至塔顶塔底温度基本不变。

2

全塔稳定后取样(测单板效率) 4. 打开进料泵进料量逐步升至 5~10L/R 调节回流比至设定值(R=2 左右) ,调节塔底 热负荷。保持塔操作正常,开塔底出料。 保持蒸馏釜液位恒定,全塔稳定操作一定时间后 取样(全塔效率) 5. 停车,关进料泵及阀门 ,全回流,关电源。关闭有关阀门,切断总电源。 注意事项 1. 注意蒸馏釜液位处在正常位置 2. 调节加热电压不宜忽大忽小 五 实验报告 1. 根据所测样品数据计算全回流下单板效率 2. 图解法计算理论板数及全塔效率 数据处理: 表 1. 实验测定结果 塔顶浓度 XD 0.722 进料浓度 XF 0.108 进料温度℃ 43.6 塔底浓度 XW 0.071 回流比 2

查进料状态下泡点温度:tF=87℃ 查数据:

rH 2O ? 2258KJ / Kg rC2 H 5OH ? 846KJ / Kg
43.6 ? 87 ? 65.3 ℃下, 2

M H 2O ? 18 M C2 H 5OH ? 46

平均温度 t ?

CPH2O ? 4.19KJ / Kg ℃ CPc H5OH ? 3.2kJ / kg ℃
计算平均汽化潜热和比热:

r m ? 2258* (1 ? 0.108) *18 ? 846* 2% * 46 ? 3703277KJ / Kg .
CP ? 4.178* (1 ? 0.108) *18 ? 3.2 * 0.108* 46 ? 82.97KJ / Kg
所以: q ?

rm ? C P ?t rm

?

3703277 ? 82.97 * (87 ? 43.6) . ? 1.09 为冷液体进料。 3703277 .
q 1.09 ? ? 12 q ? 1 1.09 ? 1

q 线方程中斜率为 XD=0.722 XF=0.108

进料线:q/(q-1)=12

3

XW=0.071 精馏线截矩:XD/(R+1)=0.24 作出精馏段和提馏段。而后从 XD 开始做梯级 NT=4 (不包括再沸器) 实际板数 N=15(不包括再沸器) 所以, 全塔效率 η=NT/N*100%= 4 /15*100%= 26.7 %

1.0

0.8

1 2 3

0.6

4

Y
0.4 0.2 0.0 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

X
图 2. 图解法区确定理论板数示意图 六 思考题 1. 怎样判定全塔操作已达稳定? 塔顶、塔底温度不再变化时,可以确定全塔基本稳定。 2. 精馏塔一般的操作中,若塔顶产品不达要求,应怎样调整操作? 增加塔釜加热量,增大回流比,或加入浓度较高的料液来达到预期的浓度。 3. 本装置可否在部分回流时,测取单板效率? 可以,但单板效率较低。

4


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