〖精馏实验〗化工原理精馏实验报告

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  • 时间:2017-04-21
  • 专栏:精馏实验精馏实验报告筛板塔精馏实验

    范文一:化工原理实验报告_精馏

    化工原理实验报告

    实验名称:精馏实验 班级:生工xx 姓名:学号:xxx 同组人:xxx 日期:xxx

    精馏实验

    一、摘要及关键词

    摘要:精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法,而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元,板式精馏塔为其主要形式。本实验在常温、常压下用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下的操作情况,从而计算总板效率和单板效率,并分析影响单板效率的主要因素,最终得以提高塔板效率。

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    关键词:精馏,板式塔,理论板数,总板效率,单板效率

    二、目的及任务

    1、熟悉精馏的工艺流程,掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构,观察塔板上汽-液接触状况。 3、测定全回流时的全塔效率及单板效率。

    三、基本理论及原理

    在板式精馏塔中,由塔釜产生的蒸汽沿塔板逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液,在塔板上实现多次接触,进行传热与传质,使混合液达到一定程度的分离。

    回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流液与采出量之比,称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一,其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。

    回流比存在两种极限情况:最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作,要完成分离任务,则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然,这不符合工业实际,所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时,既无任何产品采出,也无任何原料加入,塔顶的冷凝液全部返回塔中,这在生产中无实验意义。但是,由于此时所需理论板数最少,又易于达到稳定,故常在工业装置中的开停车、排除故障及科学研究时采用。

    实际回流比常取最小回流比的1.2~2.0倍。在精馏塔操作中,若回流系统出现故障,操作情况会急剧恶化,分离效果也将变坏。

    板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数,有以下两种定义方法。

    (1)总板效率E E

    N Ne

    式中 E——总板效率;

    N——理论板数(不包括塔釜); Ne——实际板数。

    (2)单板效率Eml

    Eml,n

    xn1xn

    *

    xn1xn

    式中 Eml,n——以液相浓度表示的单板效率;

    Xn,Xn-1——第n块板和第(n-1)块板的液相浓度; Xn*——与第n块板气相浓度相平衡的液相浓度;

    总板效率与单板效率的数值常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因数。当物系与板型确定后,可通过改变汽液符合达到最高的板效率;对于不同的板型,可以在保持相同的物系及操作条件下,测定其单板效率,以评价其性能优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果,常用于板式塔设计中。

    四、实验流程及仪表

    本实验的流程如下图所示,主要有精馏塔、回流分配装置及测控系统组成。 1.精馏塔

    精馏塔为筛板塔,全塔共八块塔板,塔身的结构尺寸为:塔径∮(57×3.5)mm,塔板间距80mm;溢流管截面积78.5mm2,溢流堰高12mm,底隙高度6mm;每块塔板开有43个直径为1.5mm的小孔,正三角形排列,孔间距为6mm。为了便于观察踏板上的汽-液接触情况,塔身设有一节玻璃视盅,在第1-6块塔板上均有液相取样口。

    蒸馏釜尺寸为∮108mm×4mm×400mm.塔釜装有液位计、电加热器(1.5kw)、控温电热器(200w)、温度计接口、测压口和取样口,分别用于观测釜内液面高度,加热料液,控制电加热装置,测量塔釜温度,测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。由于本实验所取试样为塔釜液相物料,故塔釜内可视为一块理论板。塔顶冷凝器为一蛇管式换热器,换热面积为0.06m2,管外走蒸汽,管内走冷却水。

    图1 精馏装置和流程示意图

    1—塔顶冷凝器;2—回流比分配器;3—塔身;4—转子流量计;5—视盅;6—塔釜; 7—塔釜加热器;8—控温加热器;9—支座;10—冷却器;11—原料液罐;12—缓冲罐;

    13—进料泵;14—塔顶放气阀

    2.回流分配装置

    回流分配装置由回流分配器与控制器组成。控制器由控制仪表和电磁线圈构成。回流分配器由玻璃制成,它由一个入口管、两个出口管及引流棒组成。两个出口管分别用于回流和采出。引流棒为一根∮4mm的玻璃棒,内部装有铁芯,塔顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下,在控制器的控制下实现塔顶冷凝器的回流或采出操作。即当控制器电路接通后,电磁圈将引流棒吸起,操作处于采出状态;当控制器电路断开时,电磁线圈不工作,引流棒自然下垂,操作处于回流状态。此回流分配器可通过控制器实现手动控制,也可通过计算机实现自动控制。

    3.测控系统

    在本实验中,利用人工智能仪表分别测定塔顶温度、塔釜温度、塔身伴热温度、塔釜加热温度、全塔压降、加热电压、进料温度及回流比等参数,该系统的引入,不仅使实验跟更为简便、快捷,又可实现计算机在线数据采集与控制。 4.物料浓度分析

    本实验所用的体系为乙醇-正丙醇,由于这两种物质的折射率存在差异,且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系,故可通过阿贝折光仪分析料液的折射率,从而得到浓度。这种测定方法的特点是方便快捷、操作简单,但精度稍低;若要实现高精度的测量,可利用气相色谱进行浓度分析。

    混合料液的折射率与质量分数(以乙醇计)的关系如下。

    40℃时 m=58.2068-42.1941nD(1.3560

    式中 m——料液的质量分数;

    nD——料液的折射率。

    五、操作要点

    全回流时精馏操作实验测定: 1、对照流程图,熟悉精馏过程的流程,搞清仪表柜上按钮与各仪表对应的设备与测控点。 2、启动进料泵,向塔中供以乙醇—正丙醇料液,至塔釜高度的3/ 4左右。 3、启动塔釜加热及塔身伴热,塔顶冷凝器冷却水控制阀处于开启状态。

    4、适当调节加热电压,一段时间后,待塔操作参数稳定后,在塔顶、塔釜及相邻两块塔板上取样,用阿贝折光仪进行分析,测取两组数据。

    5、实验完毕,停止加料,关闭塔釜加热及塔身伴热,切断电源,清理现场。

    六、数据整理与计算示例

    在全回流、加热电压为86V的条件下测得以下数据:

    以塔顶数据为例,计算过程如下: 1)摩尔分率计算

    塔顶平均折光率nD=(nD1 + nD2 + nD3 )/3=(1.3619+1.3618+1.3618 )/3=1.36183 塔顶料液质量分数m=58.2068-42.1941nD=58.2068-42.1941×1.36183=0.745468 乙醇摩尔质量M=46.07kg∕kmol 丙醇摩尔质量M=60.1 kg∕kmol 轻组分乙醇的摩尔分率xw =(m∕46.07) ∕[m∕46.07+(1-m) ∕60.1 ]

    =(0.745468∕46.07) ∕[0.745468∕46.07+(1-0.745468) ∕60.1 ]

    =0.792561

    2)板效率计算

    在直角坐标系中绘制x—y图,用图解法求出理论板数:

    由图解法可知,理论塔板数为7块板(包括塔釜),理论板数N=7-1=6 因此总板效率为E

    N

    =6∕8=0.75 Ne

    由相平衡方程:yn

    xn

    1(1)xn

    可得:

    1111

    

    ynxn

    1

    作1∕y~1∕x图,所得直线的斜率即为

    图3 平衡气相摩尔分率的倒数

    1y

    1x

    11

    与液相摩尔分率的倒数的关系

    xy

    由图得=0.4718+0.5452 故全回流操作线方程:yn1xn

    *

    所以 xn

    1

    =0.4718 求得α=2.1195

    ynxn1

    (1)yn(1)xn1

    =0.384199∕[2.1195-﹙2.1195-1﹚×0.384199 ] =0.227419 可得单板效率: Eml,n

    xn1xnxn1x

    *n

    =﹙0.384199-0.347364﹚∕﹙0.384199-0.227419﹚=0.2349

    七、结论与分析

    1、全回流时精馏塔不加料也不出料,无精馏段与提馏段之分。在y-x图上,精馏段与提馏段操作线都与对角线重合;

    2、从操作线的位置可以看出全回流的特点是:两板之间任一截面上,上升蒸气的组成与下降液体的组成相等,即yn+1 =xn,且为达到指定分离程度(xD 、xW)所需的理论板数最少; 3、由图可知:xw为塔釜摩尔分率即0.014679,xd为塔顶摩尔分率即0.792561, 理论塔板数为7块板(包括塔釜),理论板数N=7-1=6;

    4、由R2=0.995,所有相平衡数据的线性相关度高。所得单板效率偏低。

    八、思考题

    1、什么是全回流?全回流操作有哪些特点,在生产中有什么实际意义?如何测定全回流条件下的气液负荷?

    答:全回流是精馏塔中气相组分完全用于回流到精馏塔中,而无进料和出料的操作状态。在精馏塔的停开车和塔板效率的测定以及理论研究中使用。

    2、塔釜加热对精馏操作的参数有什么影响?塔釜加热量主要消耗在何处?与回流量有无关系?

    答:塔釜加热对使塔顶气相轻组分组成浓度更高,塔釜液相轻组分组成浓度更低,对精馏有利。塔釜加热量主要消耗在精馏塔气液热量交换上,与回流量有关。

    3、如何判断塔的操作已达到稳定?

    答:当塔内各塔板的浓度(或温度)不再变化时,则可证明塔已稳定。

    4、当回流比R

    5、冷液进料对精馏塔操作有什么影响?进料口如何确定?

    答:冷热进料有利于精馏塔操作,使塔顶气相轻组分组成浓度更高,塔釜液相轻组分组成浓度更低。进料口应在塔内组成与进料组成最接近的地方。

    6、塔板效率受哪些因素影响?

    答:塔板效率受操作条件、物料物性、塔板板型、气液接触状况影响。 7、精馏塔的常压操作如何实现?如果要改为加压或减压操作,如何实现? 答:在精馏塔顶的冷凝器出接通大气,从而实现精馏塔的常压操作。若要改为加压操作,可向塔内通入惰性气体;若要减压操作,可在塔的采出口处加一真空泵。

    九、参考文献 1、《化工原理》 陈敏恒 主编

    2、《化工原理实验》 杨祖荣 主编 3、《化工原理学习指导》 丁忠伟 主编

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    化工原理实验报告

    实验名称:精馏实验 班级:生工xx 姓名:学号:xxx 同组人:xxx 日期:xxx

    精馏实验

    一、摘要及关键词

    摘要:精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法,而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元,板式精馏塔为其主要形式。本实验在常温、常压下用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下的操作情况,从而计算总板效率和单板效率,并分析影响单板效率的主要因素,最终得以提高塔板效率。

    关键词:精馏,板式塔,理论板数,总板效率,单板效率

    二、目的及任务

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