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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划精馏塔的操作和全塔效率的测定实验报告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ET?NT?1NP式中，NT完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜；NP完成一定分离任务所需
2、的实际塔板数，本装置NP10。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、操作状况对塔分离能力的影响。对于塔内所需理论塔板数NT，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得。2单板效率EM单板效率又称莫弗里板效率，如图1所示，是指气相或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔板前后的组成变化值之比。xn?1图1塔板气液流向示意按气相组成变化表示的单板效率为EMV?按液相组成变化表示的单板效率为yn?yn?1*yn?yn?1EML?xn?1?xn*xn?1?xn式中，yn、yn?1离开第n、n+1块
3、塔板的气相组成，摩尔分数；xn?1、xn离开第n-1、n块塔板的液相组成，摩尔分数；*yn与xn成平衡的气相组成，摩尔分数；*xn与yn成平衡的液相组成，摩尔分数。3图解法求理论塔板数NT图解法又称麦卡勃蒂列法，简称MT法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在yx图上直观地表示出来。精馏段的操作线方程为：yn?1?xRxn?DR?1R?1式中，yn?1精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；xn精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数；xD塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数；R泡点回流下的回流比。提馏段的操作线方程为：WxLym?1?xm?WL?WL?W式中，ym?1提馏段第m+
4、1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；xm提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数；xW塔底釜液的液体组成，摩尔分数；L提馏段内下流的液体量，kmol/s；W釜液流量，kmol/s。加料线方程可表示为：y?xqx?Fq?1q?1其中，q?1?式中，q进料热状况参数；cpF(tS?tF)rFrF进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；tS进料液的泡点温度，；tF进料液温度，；cpF进料液在平均温度(tS?tF)/2下的比热容，kJ/xF进料液组成，摩尔分数。回流比R的确定：R?式中，L回流液量，kmol/s；LDD馏出液量，kmol/s。式R?L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
5、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tR、流量为L的液体回流进入塔顶第一块板，由于回流温度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：V1?L1?V2?LV1IV1?L1IL1?V2IV2?LIL对上面两式整理、化简后，近似可得：L1?L1?即实际回流比：cp(t1L?tR)rR1?L1DL1?cp(t1L?tR)D式中，V1、V2离开第1、2块板的气相摩尔流量，kmol/s；L1塔内实际液流量，kmol/s
6、；IV1、IV2、IL1、IL指对应V1、V2、L1、L下的焓值，kJ/kmol；r回流液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；cp回流液在t1L与tR平均温度下的平均比热容，kJ/。全回流操作在精馏全回流操作时，操作线在yx图上为对角线，如图3所示，根据塔顶、塔釜的组成在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论塔板数。图3全回流时理论板数的确定部分回流操作部分回流操作时，如图4，图解法的主要步骤为：A.根据物系和操作压力在yx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xxD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线于点a、f、b；C.在y轴上定出yCxD/(R+1)的点c，
7、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/，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，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4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、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。筛板塔主要结构参数：塔内径D68mm，厚度?2mm，塔节?76?4，塔
8、板数N10块，板间距HT100mm。加料位置由上向下起数第6块和第8块。降液管采用弓形，齿形堰，堰长56mm，堰高，齿深，齿数9个。降液管底隙。筛孔直径d0，正三角形排列，孔间距t5mm，开孔数为74个。塔釜为内电加热式，加热功率，有效容积为10L。塔顶冷凝器、塔釜实验四精馏塔操作和全塔效率的测定一、实验目的充分利用计算机采集和控制系统具有的快速、大容量和实时处理的特点，进行精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，得出实验结论。以掌握实验研究的方法。学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。测定精馏过程的动态特性，提
9、高学生对精馏过程的认识。二、实验内容本实验为设计型实验，学生应在教师的协助下，独立设计出完整的实验方案，并自主实施。必须进行的实验内容为13，可供选做的实验内容为47，最少从中选做一个。研究开车过程中，精馏塔在全回流条件下，塔顶温度等参数随时间的变化情况。测定精馏塔在全回流、稳定操作条件下，塔体内温度沿塔高的分布。测定精馏塔在全回流和某一回流比连续精馏时，稳定操作后的全塔理论塔板数、总板效率和塔体内温度沿塔高的分布。在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随回流比的变化情况。在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料流量的变化情况。在部分回流
10、、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料组成的变化情况。在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料热状态的变化情况。三、实验原理对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数NT。按照式可以得到总板效率ET，其中NP为实际塔板数。ET?NT?100%NP(4-1)部分回流时，进料热状况参数的计算式为q?式中：Cpm(tBP?tF)?rmrm(4-2)tF进料温度，。tBP进料的泡点温度，。Cpm进料液体在平均温度/2下的比热，kJ/。rm进料液体在其组成和泡
11、点温度下的汽化潜热，kJ/kmol。Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2，kJ/(4-3)rm=r1M1x1+r2M2x2，kJ/kmol(4-4)式中：Cp1，Cp2分别为纯组份1和组份2在平均温度下的比热，kJ/。r1，r2分别为纯组份1和组份2在泡点温度下的汽化潜热，kJ/kg。M1，M2分别为纯组份1和组份2的质量，kg/kmol。x1，x2分别为纯组份1和组份2在进料中的分率。四、实验装置的流程实验室共有8套筛板精馏塔可供实验用，实验装置流程示意图如图4-1所示。筛板精馏塔的主要参数为：塔板直径：50mm；板间距：100mm；筛孔直径：2mm；开孔率：%；塔板数：7；进料板位置：从
12、塔顶开始第5、6板；进料槽数量：2；进料泵最大流量：4L/h；进料加热器功率：400W；塔釜最大加热功率：800W。V?进料流量与蠕动泵转速的关系：r?式中：V流量，L/h；r转速，转/分质量浓度与折光指数的关系：w?式中：w质量分率；nD折光指数可供实验的物系：乙醇/正丙醇。五、实验步骤举例以测定乙醇/正丙醇二元物系精馏分离过程全回流条件下全塔效率为例。实验前准备工作将阿贝折光仪配套的超级恒温水浴调整运行到所需的温度，并记下这个温度。配制一定浓度的乙醇/正丙醇混合液，然后加到进料槽中。在精馏塔釜中加入其容积2/3的乙醇/正丙醇混合液。全回流操作向塔顶冷凝器通入冷却水，接通塔釜加热器电源，设定
13、加热功率进行加热。当塔釜中液体开始沸腾时，注意观察塔内气液接触状况，当塔顶有液体回流后，适当调整加热功率，使塔内维持正常的操作状态。进行全回流操作至塔顶温度保持恒定5分钟后，在塔顶和塔釜分别取样，用阿贝折光仪测量样品浓度。阿贝折光仪的使用方法见本实验附录。实验结束后，停止加热，待塔釜温度冷却至室温后，关闭冷却水，一切复原，并打扫实验室卫生，将实验室水电切断后，方能离开实验室。图实验装置流程示意图六、注意事项本实验过程中，要特别注意安全，严禁干烧加热器，以免发生触电事故。本实验用计算机不能作为他用，不能删除和添加任何程序，计算机不能带电插拔外设接口。开车时必须先接通冷却水，方能进行塔釜加热，停车
14、时则反之。使用阿贝折光仪测浓度时，一定要按给出的质量百分浓度折光指数关系曲线的要求控制折光仪的测量温度，在读取折光指数时，一定要同时记录其测量温度。七、报告内容画出在全回流条件下，塔顶温度随时间的变化曲线。画出精馏塔在全回流和部分回流、稳定操作条件下，塔体内温度和浓度沿塔高的分布曲线。计算出全回流和部分回流条件下的总板效率。写出选做的实验结果。回答如下思考题：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？在板式塔中，气体、液体在塔内流动中，可能会出现几种操作现象？如何判断精馏塔内的操作是否正常合理？如何判断塔内的操作是否处于稳定状态？八、附录附表常压下乙醇正丙醇汽液平衡数据阿贝折光仪的使用方法了解浓度折光指数标定曲线的适用温度看超级恒温水浴的触点温度计的设定温度是否在标定曲线的适用温度附近。若不是，则(转载于:写论文网:精馏塔
