文档介绍：本科实验报告
课程名称:
过程工程原理实验(乙)
实验名称:
筛板塔精馏操作及效率测定
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同组同学:
一、实验目的和要求
1、了解板式塔的结构和流程,并掌握其操作方法;
2、测定筛板塔在全回流和部分回流时的全塔效率及全回流时的单板效率;
3、改变操作条件(回流比、加热功率等)观察塔内温度变化,从而了解回流的作用和操作条件对精馏分离效果的影响。
要求:已知原料液中乙醇的质量浓度为15~20%,要求产品中乙醇的质量浓度在85%以上。
二、实验内容和原理
板式精馏塔的塔板是气液两相接触的场所,塔釜产生的上升蒸汽与从塔顶下降的下降液逐级接触进行传热和传质,下降液经过多次部分气化,重组分含量逐渐增加,上升蒸汽经多次部分冷凝,轻组分含量逐渐增加,从而使混合物达到一定程度的分离。
(一)全回流操作时的全塔效率ET和单板效率EmV(4)的测定
1、全塔效率(总板效率)ET
(1)
式中: NT — 为完成一定分离任务所需的理论板数,包括蒸馏釜;
NP — 为完成一定分离任务所需的实际板数,本装置NP=7块。
在全回流操作中,操作线在x-y图上为对角线。根据实验中所测定的塔顶组成xD、塔底组成xW(均为摩尔百分数)在操作线和平衡线间作梯级,即可得到理论板数NT。
2、部分回流时全塔效率Er’的测定
精馏段操作线方程:
(2)
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;
R----回流比 R=L/D
XD----塔顶产品液相组成,摩尔分数;
实验中回流量由回流转子流量计8测量,但实验操作中一般作冷液回流,故实际回流量需进行校正
(3)
式中: L0-----回流转子流量计上的读数值,ml/min
L-----实际回流量,ml/min
tD-----塔顶液相温度,℃
tR-----回流液温度,℃
CPD-----塔顶回流液在平均温度(tD+tR)/2下的比热,KJ/kg·K
rD-----塔顶回流液组成下的汽化潜热,KJ/kg
产品量D可由产品转子流量计测量,由于产品量D和回流量L的组成和温度相同,故回流比R可直接用两者的比值来得到:
(4)
式中:D-----产品转子流量计上的读数值,ml/min
实验中根据塔顶取样分析可得xD,并测量回流和产品转子流量计读数L0和D以及回流温度tR和塔顶液相温度tD,再查附表可得CPD,rD,由式(3)(4)可求得回流比R,代入式(2)即可得精馏段操作线方程。
加料线(q 线)方程
(5)
式中: q------进料的液相分率;
xF------进料液的组成,摩尔百分数
(6)
式中: tS------进料液的泡点温度,℃;
tF------液的温度,℃;
CPF-----进料液在平均温度(tS+tF)/2下的比热,KJ/kg·K
rF-----进料液组成下的汽化潜热,KJ/kg
取样分析得到的馏出液组成XD,塔釜组成Xw 和进料液组成XF,再查附表可得ts,CPF,rF,代入式(6)即可得q线方程。
理论板数的求取
根据上述得到的精馏段操作线方程和q线方程,以及测得的塔顶组成xD,塔底组成xW和进料组成xF,即可在x − y图上作出精馏段操作线,q线和提馏段操作线,然后用x − y图解法即可得理论塔板数NT。
全塔效率
根据上述求得的理论板数NT,由式(1)便可得到部分回流时的全塔效率ET’
(7)
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的实际塔板数,本装置NP=7。
三、实验装置与流程
装置
精馏塔装置由筛板精馏塔塔釜、塔体(板数7)、全凝器、加料系统、回流系统、贮槽(原料、产品、釜液)产品出料管路、残液出料管路、冷却水转子流量计、离心泵以及测量、控制仪表等组成。实验装置流程图如下图1所示。
筛板精馏塔内径ϕ68mm,共 7 块塔板,其中精馏段 5 块,提馏段 2 块;精馏段板间距为150mm,提馏段板间距为180mm;,正三角形排列,,开孔数 104 个。本装置采用电加热方式,塔釜内装有 3 支额定功率为3kW的螺旋管加热器。在装置上分别设有料液、产品和釜液的取样口(图中 A、B、C 处)。
流程
1、根据浓度要求进行配料(一般XF=)并加约9升料于塔釜内至玻璃液面计顶端。(实验室已完成)若配料已完成,则测定料液组成。
2、关闭进、出料阀,关闭采样阀,全开冷凝器顶部排