文档介绍：采用乙醇—水溶液的精馏实验研究
学校:漳州师范学院
系别:化学与环境科学系
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采用乙醇—水溶液的精馏实验研究
摘要:本文介绍了精馏实验的基本原理以及填料精馏塔的基本结构,研究了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,测定了全回流和部分回流条件下的理论板数,分析了不同回流比对操作条件和分离能力的影响。
关键词:精馏;全回流;部分回流;等板高度;理论塔板数
欲将复杂混合物提纯为单一组分,采用精馏技术是最常用的方法。尽管现在已发展了柱色谱法、吸附分离法、膜分离法、萃取法和结晶法等分离技术,但只有在分离一些特殊物资或通过精馏法不易达到的目的时才采用。从技术和经济上考虑,精馏法也是最有价值的方法。在实验室进行化工开发过程时,精馏技术的主要作用有:(1)进行精馏理论和设备方面的研究。(2)确定物质分离的工艺流程和工艺条件。(3)制备高纯物质,提供产品或中间产品的纯样,供分析评价使用。(4)分析工业塔的故障。(5)在食品工业、香料工业的生产中,通过精馏方法可以保留或除去某些微量杂质。
(1)了解填料精馏塔的基本结构,熟悉精馏的工艺流程。
(2)掌握精馏过程的基本操作及调节方法。
(3)掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。
(4)掌握精馏塔性能参数的测定方法,并掌握其影响因素。
(5)掌握用图解法求取理论板数的方法。
(6)通过如何寻找连续精馏分离适宜的操作条件,培养分析解决化工生产中实际问题的能力、组织能力、实验能力和创新能力。
精馏塔一般分为两大类:填料塔和板式塔。实验室精密分馏多采用填料塔。填料塔属连续接触式传质设备,塔内气液相浓度呈连续变化。常以等板高度(HETP)来表示精馏设备的分离能力,等板高度越小,填料层的传质分离效果就越好。
(1)等板高度(HETP)
HETP是指与一层理论塔板的传质作用相当的填料层高度。它的大小,不仅取决于填料的类型、材质与尺寸,而且受系统物性、操作条件及塔设备尺寸的影响。对于双组分体系,根据其物料关系xn,通过实验测得塔顶组成xD、塔釜组成xW、进料组成xF及进料热状况q、回流比R和填料层高度Z等有关参数,用图解法求得其理论板NT后,即可用下式确定:HETP=Z/NT
(2)图解法求理论塔板数NT
精馏段的操作线方程为:yn+1= xn+
上式中, yn+1---精馏段第n+1块塔板伤身的蒸汽组成,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---塔顶馏出液的液体组成,摩尔分数;
R---泡点回流下的回流比;
提馏段的操作线方程为:ym+1=xm-
上式中, ym+1---提镏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成,摩尔分数;
xm---提镏段第m块塔板下流的液体组成,摩尔分数;
xW---塔釜的液体组成,摩尔分数;
′--提镏段内下流的液体量,kmol/s;
W----釜液流量, kmol/s;
加料线(q线)方程为:y=x-,其中q=1+
上式中,q---进料热状况参数;
---进料液组成下的汽化潜热,kJ/kmol;
---进料液的泡点温度, ℃;
---进料温度,℃;
---进料液在平均温度(-)/2的比热容,kJ/(kmol.℃);
---进料液组成,摩尔分数;
回流比R为:R=
上式中, L---回流流量,kmol/s;
D---馏出流量,kmol/s
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,如下图1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。
部分回流操作
部分回流操作时,如上图2,图解法的主要步骤为:
-x图上作出相平衡曲线,并画出对角线作为辅助线;
=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;
= xD /(R+1)的点c,连接a、c作出精馏段操作线;
/(q-1),过点f作出q线交精馏段操作线于点d;
、b作出提馏段操作线;
,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;
(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。
1-塔釜排液口;2-电加热管;3-塔釜;4-塔釜液位计;5-θ填料;6-窥视节;7-冷却水流量