篩板精餾塔實(shí)驗指導(dǎo)書

篩板精餾塔試驗指導(dǎo)書1篩板精餾塔試驗一．試驗?zāi)康牧私夂Y板精餾塔及其附屬設(shè)備的根本構(gòu)造，把握精餾過程的根本操作方法。學(xué)會推斷系統(tǒng)到達(dá)穩(wěn)定的方法，把握測定塔頂、塔釜溶液濃度的試驗方法。學(xué)習(xí)測定精餾塔全塔效率的試驗方法，爭論回流比對精餾塔分別效率的影響。二．根本原理ET全塔效率又稱總板效率，是指到達(dá)指定分別效果所需理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù)的比值，即N E TT N

〔8－1〕PNT

－完成肯定分別任務(wù)所需的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜；N NP

＝10。全塔效率簡潔地反映了整個塔內(nèi)塔板的平均效率，說明白塔板構(gòu)造、物性系數(shù)、操作狀況對塔分NT

，可由的雙組分物系平衡關(guān)系，以及試驗中測得的塔R和熱狀況q等，用圖解法求得。NT圖解法又稱麥卡勃－蒂列〔McCabe－Thiele〕法，簡稱M－T法，其原理與逐板計算法完全一樣，y－x圖上直觀地表示出來。精餾段的操作線方程為：yn1

R xR1

x DR1

〔8－2〕式中，y －精餾段第n+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)；n1xn塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；nx －塔頂溜出液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；D－泡點(diǎn)回流下的回流比。2提餾段的操作線方程為：L”y x

Wx W

〔8－3〕m1 L”W m

L”W式中，y －提餾段第m+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)；m1x m塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；mx －塔底釜液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；WL”－提餾段內(nèi)下流的液體量，kmol/s；－釜液流量，kmol/s。加料線〔q線〕方程可表示為：y q x xF

〔8－4〕q1 q1其中，

q1

c (tpF

t )F

〔8－5〕rFq－進(jìn)料熱狀況參數(shù)；r －進(jìn)料液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol；Ft －進(jìn)料液的泡點(diǎn)溫度，℃；St －進(jìn)料液溫度，℃；Fc －進(jìn)料液在平均溫度的比熱容，kJ〔kmol℃；pFc 可由兩種方法計算：①在定性溫度下分別查酒精和水的熱容，按比例求混合物的cpF

；②，α和β為附表一中比熱容的值。)x －進(jìn)料液組成，摩爾分?jǐn)?shù)。F回流比R確實(shí)定： RLD式中，－回流液量，kmol/s；－餾出液量，kmol/s。

〔8－6〕式〔8－6〕只適用于泡點(diǎn)下回流時的狀況，而實(shí)際操作時為了保證上升氣流能完全冷凝，冷卻水量一般都比較大，回流液溫度往往低于泡點(diǎn)溫度，即冷液回流。38－2所示，從全凝器出來的溫度為tR

L的液體回流進(jìn)入塔頂?shù)谝粔K板，由于回流溫度低于第一塊塔板上的液相溫度，離開第一塊塔板的一局部上升蒸汽將被冷凝成液體，這樣，塔內(nèi)的實(shí)際流量將大于塔外回流量。8－2塔頂回流示意圖對第一塊板作物料、熱量衡算：VL1 1

V L2

〔8－7〕VI LI V I LI

〔8－8〕1V1

1L1

2V 2 L對式〔8－9、式〔8－10〕整理、化簡后，近似可得：L L[11

c(t t )p 1L R r

〔8－9〕1即實(shí)際回流比： R L11 Dc (t t )

〔8－10〕L[1p 1L R ]V、V1

R1 r D1、2塊板的氣相摩爾流量，kmol/s；

〔8－11〕L－塔內(nèi)實(shí)際液流量，kmol/s；1I IV1 V2

、I 、IL1

－指對應(yīng)V、VL1 2

、下的焓值，kJ/kmol；－回流液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol；c －回流液在t 與t 平均溫度下的平均比熱容，kJ/〔kmo℃。p 1L R局部回流操作時，如圖8－3，圖解法的主要步驟為：4依據(jù)物系和操作壓力在y－x圖上作出相平衡曲線，并畫出對角線作為關(guān)心線；xx＝xD

、x、xF

三點(diǎn)，依次通過這三點(diǎn)作垂線分別交對角線于點(diǎn)a、f、b；yy

＝x/(R+1)的點(diǎn)c，連接a、c作出精餾段操作線；C D由進(jìn)料熱狀況求出q線的斜率q〔q-1，過點(diǎn)f作出q線交精餾段操作線于點(diǎn)d；d、b作出提餾段操作線；從點(diǎn)a開頭在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當(dāng)梯級跨過點(diǎn)d時，就改在平衡線和提餾b為止；所畫的總階梯數(shù)就是全塔所需的理論踏板數(shù)〔包含再沸器，跨過點(diǎn)d其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。8－3局部回流時理論板數(shù)確實(shí)定三.試驗裝置和流程本試驗裝置的主體設(shè)備是篩板精餾塔，配套的有加料系統(tǒng)、回流系統(tǒng)、產(chǎn)品出料管路、殘液出料管路、進(jìn)料泵和一些測量、掌握儀表。篩板塔主要構(gòu)造參數(shù)：塔內(nèi)徑D＝68mm，厚度＝2mm，塔節(jié)764，塔板數(shù)N＝10塊，板間距H＝100mm4塊和第656mm，堰高Tmm4.6mm94.5mmd＝1.5mm，正三角形排列，孔間距t0＝5mm742.5kW10L。塔頂冷凝器、塔釜換熱器均為盤管式。本試驗料液為乙醇水溶液，釜內(nèi)液體由電加熱器產(chǎn)生蒸汽逐板上升，經(jīng)與各板上的液體傳質(zhì)后，進(jìn)入盤管式換熱器殼程，冷凝成液體后再從集液器流出，一局部作為回流液從塔頂流入塔內(nèi)，另一部5分作為產(chǎn)品餾出，進(jìn)入產(chǎn)品貯罐；殘液經(jīng)釜液轉(zhuǎn)子流量計流入釜液貯罐。精餾過程如圖8－4所示。1－塔釜；2－電加熱器；3－塔釜排液口；4－塔節(jié)；5－玻璃視鏡；6－不凝性氣體出口；7－冷卻水進(jìn)口；8－冷卻水出口；9－冷卻水流量計；10－塔頂回流流量計；11－塔頂出料液流量計；12－塔頂出料取樣口；13－進(jìn)料閥；14－換熱器；15－進(jìn)料液取樣口；16－塔釜?dú)堃毫髁坑嫞?7－進(jìn)料液流量計；18－產(chǎn)品灌；19－殘液灌；20－原料灌；21－進(jìn)料泵；22－排空閥；23－排液閥；圖8-4 篩板塔精餾塔試驗裝置圖四．試驗步驟與留意事項本試驗的主要操作步驟如下：全回流配制濃度10%~20%(體積百分比)的料液參加貯罐中，翻開進(jìn)料管路上的閥門，由進(jìn)料泵將料液打入塔釜，觀看塔釜液位計高度，進(jìn)料至釜容積的2/3處。進(jìn)料是可以翻開進(jìn)料旁路的閘閥，加快進(jìn)料速度。6(從50V漸漸加大到100V、150V、220V)，使塔釜溫度緩慢上升〔因塔中部玻璃局部較為脆弱，假設(shè)加熱過快玻璃極易碎裂，使整個精餾塔報廢，故升溫過程應(yīng)盡可能緩慢。當(dāng)塔釜溫度升到70o，翻開塔頂冷凝器的冷卻水，調(diào)整適宜冷凝量〔約803/h塔頂出料管路，使整塔處于全回流狀態(tài)。局部回流在儲料罐中配制肯定濃度的乙醇水溶液〔約10~20%。待塔全回流操作穩(wěn)定時，翻開進(jìn)料泵和進(jìn)料閥，調(diào)整進(jìn)料量至適當(dāng)?shù)牧髁俊?L/h。R=2L=4L/h；D=2L/h。翻開塔釜?dú)堃毫髁坑?，調(diào)整至適當(dāng)流量〔2L/h。〔其中掌握面板上CH01為塔釜溫度讀數(shù)；CH02為塔頂回流溫度；CH03為進(jìn)料溫度；CH04CH12〕3．取樣與分析進(jìn)料、塔頂、塔釜從各相應(yīng)的取樣閥放出。將取樣液放在量筒中，用溫度計和酒精計分別測定樣品溫度和此溫度下的酒精體積分?jǐn)?shù)。將測量溫度下的酒精的體積分?jǐn)?shù)換算成20oC〔查酒精計溫度濃度換算表，再換算成摩爾分?jǐn)?shù)。用各轉(zhuǎn)子流量計測量酒精溶液的體積流量，需用以下公式轉(zhuǎn)換成實(shí)際流量。其中，V 轉(zhuǎn)子流量計刻度值示值ρ ------------20oC水的密度〔998.2kg/m3〕水ρ 轉(zhuǎn)子材料的密度〔不銹鋼轉(zhuǎn)子密度約為：7900kg/m3〕fV 、ρ ----------實(shí)際工作時酒精溶液流量、密度〔ρ 可由酒精溶液密度溫度和體積濃酒精 酒精 酒精度關(guān)系表查出〕4．留意事項塔頂放空閥肯定要翻開，否則簡潔因塔內(nèi)壓力過大導(dǎo)致危急。料液肯定要加到設(shè)定液位2/3處方可翻開加熱管電源，否則塔釜液位過低會使電加熱絲露出干燒致壞。7五．試驗記錄及數(shù)據(jù)處理塔型及規(guī)格：連續(xù)式精餾塔試驗記錄表塔板數(shù)：物系：試驗日期： 進(jìn)料溫度：塔頂溫度：塔釜溫度：塔頂產(chǎn)品體積流量〔示值〕體積流量〔實(shí)際值〕密度質(zhì)量流量摩爾流量酒度計示值產(chǎn)品溫度20℃時的酒精度20℃時的濃度產(chǎn)品摩爾xDL/hL/hkg/m3kg/hkmol/h體積％℃體積％質(zhì)量％kmol/kmol體積流量〔示值〕

體積流量

塔頂回流液密度 質(zhì)量流量 摩爾流量 回流溫度t度R

t1L

回流比 液體量L1

比L/h

L/h kg/m3 kg/h kmol/h ℃ ℃

R kmol/h R1塔釜產(chǎn)品體積流量〔示值〕體積流量〔實(shí)際值〕密度質(zhì)量流量摩爾流量酒度計示值使用酒度計時20℃時的酒精度20℃時的濃度產(chǎn)品摩爾xF溫度L/hL/hkg/m3kg/hkmol/h體積％℃體積％質(zhì)量％kmol/kmol體積流量〔示值〕

體積流量

密度 質(zhì)量流量〔20℃〕

進(jìn)料摩爾流量 酒度計示值

溫度

酒精度

FxFL/h

L/h

kg/h

℃ 體積％

kmol/kmol8五．試驗報告將塔頂、塔底溫度和組成，以及各流量計讀數(shù)等原始數(shù)據(jù)列表。圖解法計算局部回流時理論板數(shù)，計算最小回流比。計算全塔效率。分析并爭論試驗過程中觀看到的現(xiàn)象。六．思考題測定全回流和局部回流總板效率與單板效率時各需測幾個參數(shù)？取樣位置在何處？n、n-1層液相組成后，如何求得xn

*x*？nn、n-1n層塔板上的以氣相組成變化表示的單板效率？查取進(jìn)料液的汽化潛熱時定性溫度取何值？100%，作何解釋？試分析試驗結(jié)果成功或失敗的緣由，提出改進(jìn)意見。9附表一酒精-水體系的物理常數(shù)含量〔15oC〕體積分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對密度〔15oC〕沸點(diǎn)oC比熱容kJ/kg·oC飽和液體焓〔kJ/kg〕干飽和蒸蒸發(fā)潛熱〔%〕〔%〕αβ焓汽焓108.050.986792.634.4270.00833446.12581.92135.9129.690.984591.594.4480.00841447.12556.52113.41411.330.982290.674.4560.00845439.12529.92091.51612.970.980289.834.4640.00849435.62503.92064.91814.620.978289.074.4690.00854432.12477.72045.62016.280.976388.394.4600.00858427.82450.92023.22217.950.974287.754.4520.00862424.02424.21991.12419.620.972187.164.4430.00872420.62396.61977.22621.300.970086.674.4350.00883417.52371.91954.42824.990.967986.104.4270.00900414.72345.71930.93024.690.965785.664.4140.00916412.02319.71907.73226.400.963385.274.3970.00941409.42292.61884.13428.130.960884.924.3810.00961406.92267.21960.53629.860.958184.624.3640.00