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1、乙醇水不同精馏分离操作过程塔效率的确定李春鹏 金丽军(沈阳化工学院，材料学院高分子材料 0406，110142)摘要精馏是分离均相混合液的重要方法之一，化工生产中常用的精馏设备主要有 填料塔和板式塔两大类，本文主要研究的是用板式塔中的筛板塔分离乙醇水 二元混合物，根据不同操作条件即精馏塔全回流和部分回流(R=3,R=5)条件下， 确定理论塔板数，进而由公式E =N /N *100%确定塔效率。结论:加热电压为121VTTP的全回流条件下塔效率为 82.86%，加热电压为 129V 的全回流条件下塔效率为 97.14%； R=3时，塔效率为98.14%, R=5时，塔效率为95.14%。关键字:
2、精馏 乙醇水 塔效率 回流比Ethanolwater distillation tower efficiency of the different operating processLichunpeng JinLijun(shenyang insitiute of chemical technology, polymer material 0406 of school of material science and engineering 110142 )AbstractDistillation is one of the important ways of the separation of
3、 the mixture ， Chemical production equipment used in the main distillation towers is two kinds . This paper studies the plate tower is the sieve tower ethanol - water mixtures . Under the distillation of the entire return and return (R = 3, R = 5) conditions .Identified a number of theoretical plate
4、s ,by ET=NT/NP*100% to determine the efficiency of tower , Conclusion: when heating voltage is 121 V under the conditions of total reflux, the tower efficiency is 82.86% ,when it is 129 V , the tower efficiency is 97.14%, when R=3 , the tower efficiency is 98.14%,and when R=5 , the tower efficiency
5、is 95.14%Keywords :Distillation Ethanol - water tower efficiency Reflux Ratio一 引言蒸馏是借助液体混合物中各组分的挥发性的不同而进行分离的化工单元操 作，若将混合物加热到沸腾（只令其部分汽化），沸点低的组分（易挥发组分或 轻组分）在气相中的浓度比在液相中的浓度要高，沸点高的组分（难挥发组分或 重组分）在液相中浓度比在汽相中的高。同理，混合物的蒸气部分冷凝，则冷凝 液中难挥发组分的浓度要比汽相中高，反之亦然。精馏是多次进行部分汽化或冷 凝以后，最后可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，在液相中得到较纯的难挥发 组分的过程1
6、。研究精馏塔的分离效率，是当前传质与分离研究的热点2本文主 要研究的是用板式塔中的筛板塔分离乙醇水二元混合物，根据不同操作条件 即精馏塔全回流和部分回流（R=3,R=5 ）条件下，确定理论塔板数，进而确定塔 效率。分析影响塔效率的因素，绘图得出结论。二 实验部分1 实验所用的仪器药品表2.1实验原料药品名称规格生产厂家乙醇 CH3CH2OH工业级市售水H2O工业级市售表2.2实验仪器设备仪器设备名称型号精馏装置实验室用筛板精馏塔天津大学实验设备厂阿贝折光仪WYA2S数字阿贝折射仪汕头科仪仪器有限公司2实验原料的性质乙醇（CH3CH20H或C2H5OH）：无色、透明，具有特殊香味的液体（易挥发）
7、 密度比水小，能跟水以任意比互溶（一般不能做萃取剂）。是一种重要的溶剂， 能溶解多种有机物和无机物。外观与性状：无色液体，有酒香。熔点（C）：-114.1沸点（C）：78.3相对密度（水=1）：0.79相对蒸气密度（空气=1）： 1.59饱 和蒸气压（kPa）： 5.33（19C）。水（H2O）：在常温常压下为无色无味的透明液体。水通常多是酸、碱、盐等 物质的溶液，习惯上仍然把这种水溶液称为水。水是一种可以在液态、气态和固 态之间转化的物质。 在20C时，水的热导率为0.006 J/scmK,冰的热导率 为0.023 J/scmK,水的密度在3.98C时最大，为1X 103kg/m3,温度高于
8、3.98C 时，水的密度随温度升高而减小，在03.98C时，水不服从热胀冷缩的规律， 密度随温度的升高而增加。水在0C时，密度为0.99987X103 kg/m3,冰在0C 时，密度为 0.9167X 103 kg/m3。3 实验流程4 实验中相关公式(1) 精馏塔总板效率3E=N/N*100TTPN 精馏塔理论塔板数TN 精馏塔实际塔板数P(2) 精馏塔部分回流时，进料热状况参数(q值)q= (C *(t -t)+r)/rpm BP F m mt进料温度；C Ft进料泡点温度；CBPC 进料液体在平均(t+ t ) /2的比热；KJ*Kmol-*C- pmF BPr进料液体在其组成和泡点温度
9、下的汽化潜热；KJ/Kmol mC =C Mx+ C Mx KJ*Kmol-*C-pm p1 1 1 p2 2 2r =rMx+ rMx KJ/Kmolm 1 1 12 2 2C , C 纯组分1和2在平均温度下的比热； KJ*Kg-* C-p1 p2r , r纯组分1和2在泡点温度下的汽化潜热；KJ*Kg-12M , M纯组分1和2的质量；Kg/ Kmol12x,x纯组分1和2在进料中的分率12(3) 质量浓度与折光指数的关系(30C)W=31.9425n-42.5565W质量浓度n折光指数(4) 摩尔浓度x=n1/(n1+n2)x摩尔浓度n1组分1的物质的量浓度 n2组分1的物质的量浓度
10、q线方程 y=qx/（q-1）-xF/（q-1）三 结果与讨论表3.1全回流条件（1）下精馏塔原始数据表加热电压V加热电流A塔釜压力KPa塔顶温度C第5块塔板 温度C第6块塔板 温度C塔釜温度C1214.020.575.878.879.490.8折光指数测样温度C塔顶1.361030塔釜1.332930表3.2全回流条件（2）下精馏塔原始数据表加热电压V加热电流A塔釜压力KPa塔顶温度C第5块塔板 温度C第6块塔板 温度C塔釜温度C1294.210.576.579.781.796.7折光指数测样温度C塔顶1.361330塔釜1.333030表3.3进料条件（1）下精馏塔原始数据表加热电 压V加
11、热电 流A塔釜压 力KPa塔顶温 度C第5块 塔板温 度C第6块 塔板温 度C塔釜温 度C进料温 度C进料流 量 ml/min1304.310.477.479.680.597.819.520折光指数测样温度C塔顶1.360530塔釜1.332830进料1.345330表 3.4 进料条件（2）下精馏塔原始数据表加热电 压V加热电 流A塔釜压 力KPa塔顶温 度C第5块 塔板温 度C第6块 塔板温 度C塔釜温 度C进料温 度C进料流 量 ml/min1284.210.477.479.781.797.819.620折光指数测样温度C塔顶1.360530塔釜1.332630进料1.345330表 3
12、.5 全回流条件下精馏塔数据处理表电压质量分数摩尔分数塔板效率121塔顶91.7281.2482.86塔釜1.9660.7781129塔顶92.6883.2097.14塔釜2.2850.9062表 3.6 部分回流条件下精馏塔数据处理表回流比质量分 数摩尔分 数汽化潜热 KJ/Kmol比热KJ*Kmol-C-q值塔板效 率R=3塔顶90.1378. 124.12*10487.281.13498. 14塔釜1.6460.6502进料41.5721.71R=5塔顶90.1378. 124.12*10487.281.13495.14塔釜1.0080.3966进料41.5721.71板式塔的分离效率主
13、要全塔效率（塔效率 E ），影响塔效率 E 的因素很多，TT主要有操作因素，设备因素和物系因素三类4。某塔在不同操作条件得出的塔效 率，只能代表该次试验的全部条件同时存在时的全塔效率的值。当塔的结构因素 固定，物系相同，影响的最主要因素是操作因素，而回流比是诸多操作因素最主 要的影响因素，当精馏塔全回流操作时，理论塔板数最少，当改变回流比会对塔 效率产生影响5。板式塔的分离效率的研究是当今传质与分离研究的热点问题，国内外在精馏 领域的研究出现了许多科研成果和全新的研究方向，已经由二组分分离向多组分 分离发展，出现了许多像催化精馏，加盐精馏等新课题，对这些精馏过程塔效率 的研究已经成为研究焦点6
14、。图 3.1 乙醇-水 t-x-y图 3.2 条件 1 全回流条件下理论塔板数图图 3.3 条件 1 全回流条件下理论塔板数图图 3.4 回流比 R=3 条件下理论塔板数图图 3.5 回流比 R=5 条件下理论塔板数图四 结论1. 加热功率不同，精馏塔的分离效率（塔效率）不同，不同操作方式的精馏 塔的塔效率不同。2. 全回流操作时，加热电压为121V的全回流条件下塔效率为82.86%，加 热电压为 129V 的全回流条件下塔效率为 97.14。3不同回流比时，塔效率不同，R=3时，塔效率为98.14%, R=5时，塔效 率为 95.14%。参考文献1 陈敏恒等.化工原理.下册.第二版。北京：化学工业出版社，20002 刘家祺等.化工传质与分离过程. 北京：化学工业出版社，19953 王志愧等.化工原理.第三版.北京：化学工业出版社，20044 兰州石油机械研究所.现代塔器技术.北京：烃加工出版社，19905 刘家祺等.分离过程. 北京：
