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1、七、精馏实训装置操作规程1. 工业背景：精馏是分离液体混合物最常用的一种操作， 在化工、 医药、炼油等领域得到 了广泛的应用。 精馏是同时进行传热和传质的过程， 为实现精馏过程， 需要为该 过程提供物料的贮存、输送、传热、分离、控制等设备和仪表。本装置考虑学校 实际需求状况，采用水 - 乙醇作为精馏物系，进行连续精馏实训。2. 流程简介2.1 常压精馏流程：原料储槽内的水 - 乙醇混合液体经原料液泵输送至原料液加热器，经预热后， 由精馏塔中部进入精馏塔，进行分离，气相由塔顶馏出，经冷凝器冷却后，进入 塔顶冷凝液槽，再进入常压回流罐，经回流泵，部分回流至精馏塔顶，釜底溶液 和列管式再沸器形成循环
2、流动。 分析回流罐内混合溶液乙醇含量， 合格后控制一 定回流比，分别从塔顶、塔底采出产品。2.2 真空精馏流程：原料储槽内的水 - 乙醇混合液体经原料液泵输送至原料液加热器，经预热后， 由精馏塔中部进入精馏塔，进行分离，气相由塔顶馏出，经冷凝器冷却后，进入 塔顶冷凝液槽，再进入真空再冷器后，回到真空回流罐，经回流泵，回流至精馏 塔顶，釜底溶液和列管式再沸器形成循环流动。 分析回流罐内混合溶液乙醇含量， 合格后控制一定回流比，分别从塔顶、塔底采出产品。3. 功能3.1 能进行泵、电加热设备、容器、塔器等设备操作的训练。3.2 能分别进行单塔连续常压精馏和连续真空精馏，制得合格产品，可对学生进 行
3、实训操作考核。3.3 能进行全塔效率测定。3.4 系统可实现手动控制和自动控制， 实时显示过程数据， 有工控柜，可接入 DCS 系统。3.5装置为工程化布局、带操作平台、斜梯，反映工业精馏布局特点3.6能进行气相色谱操作实训。4. 基本原理 4.1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EtNt 1Np(1)式中，Nt 完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括再沸器(精馏釜)。Np 完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置 Np二I。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
4、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。yn 1t 1心Xn1yn 11 HXn 1图1塔板气液流向示意图解法求理论塔板数Nt图解法又称麦卡勃蒂列(McCab Thiele )法，简称M T法，其原理与 逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在y-x图上直观地表示出来。精馏段的操作线方程为:yn 1RXd式中， 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：LWxwym1 wXm帀式
5、中，弘1提馏段第m+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；IL 提馏段内下流的液体量，kmol/s ；W 釜液流量，kmol/s o加料线(q线)方程可表示为：q Xfy xq 1 q 1其中CpF (tS tF )，q 1 -F式中，q 进料热状况参数；F 进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol ；ts 进料液的泡点温度，C；tF 进料液温度，C；CpF 进料液在平均温度(ts tF)/2下的比热容，kJ/ (kmolC)；(3)(4)(5)Xf -进料液组成，摩尔分数。式中，L 回流液量，kmol/s ;D
6、 馏出液量，kmol/s 0式6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流能完全 冷凝，冷却水量一般都比较大，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。Li图2塔顶回流示意图(7)(8)L1L1Cp(t1LtR)r(9)对第一块板作物料、热量衡算:V L1 V2 LV1 IV1L* L1V?lv2LI l对式7、式8整理、化简后，近似可得:(10)R1L1Cp(t1LtR)rD(11
7、)式中,离开第1、2块板的气相摩尔流量，kmol/s ;Li即实际回流比:塔内实际液流量，kmol/s ；Iv1、Iv2、Il1、Il 指对应Vl、V2、Ll、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tlL与tR平均温度下的平均比热容，kJ/ (kmolC)。全回流操作:在精馏全回流操作时，操作线在 y-x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y x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作
8、为辅助线；B、在x轴上定出x= xD 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yC= xD/(R+1)的点c，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/ (q-1 )，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 （包含再沸器），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5. 主要设备、仪控、电气
9、技术参数设备主体：长X宽X高3000 X 2000X 3300装置采用钢制框架，带两层操作平台，斜梯，装置配有工控柜，系统检测信号可接入DCS系统.工艺设备项目设备位号名称规格型号数量工艺设备系统V701塔底产品槽不锈钢，0 300 X 500 mm1V702回流槽不锈钢，0 150 X 300 mm1V703塔顶产品槽不锈钢，0 300 X 500 mm1V704原料槽不锈钢，0 400 X 600 mm1V705真空缓冲罐不锈钢，0 300 X 500 mm1V706塔顶冷凝液槽玻璃视镜 0 150 X 300mm1V707真空冷凝液槽不锈钢，0 150 X 300 mm1E701原料液加
10、热器不锈钢，0 100 X 400 mm1E702塔顶冷凝器不锈钢，0 150 X 600 mm1E703再沸器不锈钢，0 200 X 400 mm1E704塔底换热器不锈钢，0 125 X 400 mm1T701精馏塔主体不锈钢0100 ；共12块塔板 塔釜：不锈钢0 200 X600mm1P701回流液泵不锈钢磁力泵（流量35L/h ）1P702原料液泵不锈钢磁力泵（流量35L/h ）1P703真空泵机械泵真空泵（流量 4L/S ）1阀门管件阀门球阀、截止阀1批管件不同规格不锈钢管件1批仪控检测系统仪控检测系统变量检测机构显示控制仪表及 型号数量控制机构精馏塔塔节温度铂热电阻精度：0.5%
11、FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1再沸器出口温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1精馏塔第一塔 节温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1精馏塔第二塔 节温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1精馏塔第五塔 节温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1精馏塔第九塔 节温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1精馏塔第十二 塔节温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1精馏塔塔节底 部温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1塔顶换热器进 口温度
12、双金属温度计精度：1.5%FS就地1塔顶换热器冷 却水出口温度双金属温度计精度：1.5%FS就地1塔顶换热器出 口温度双金属温度计精度：1.5%FS就地1原料加热器出 口温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1调压模块塔底换热器冷双金属温度计就地1却水出口温度精度：1.5%FS塔底换热器产 品出口温度铂电阻精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1回流泵出口温 度双金属温度计精度：1.5%FS就地1原料泵出口温度双金属温度计精度：1.5%FS就地1冷却水进口温度双金属温度计精度：1.5%FS就地1再沸器电加热 控制电加热器真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1调压模
13、块精馏塔下部出 口压力压力变送器精度：1.0%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1精馏塔顶部出 口压力压力变送器精度：1.0%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1回流泵出口压 力弹簧管压力表精度：1.5%FS就地1原料泵出口压 力弹簧管压力表精度：1.5%FS就地1真空缓冲罐压 力真空压力表精度：1.5%FS就地1冷却水进口总 管压力弹簧管压力表精度：1.5%FS就地1底出产品槽进 口流量玻璃转子流量计精度: 2.5%FS就地1回流泵出口流 量玻璃转子流量计精度: 2.5%FS就地1回流槽进口总 管流量玻璃转子流量计精度: 2.5%FS就地1原料泵出口流量玻璃转子流量计精度: 2.5%FS就地2进口水总管流量水表精度：2.5%FS就地1塔顶冷凝器进 水流量玻璃转子流量计精度: 2.5%FS就地1精馏塔塔釜液 位集中显示差压变送器精度：0.5%FS真彩无纸记录仪精度：0.5%FS1精馏塔塔釜液 位就地显示玻璃管液位计就地1回流槽液位自制液位计就地1底出产品槽液 位自制液位计就地1
