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1、篩板精餾塔實驗指導書10篩板精餾塔實驗一．實驗目的1．了解篩板精餾塔及其附屬設備的基本結構，掌握精餾過程的基本操作方法。2．學會判斷系統(tǒng)達到穩(wěn)定的方法，掌握測定塔頂、塔釜溶液濃度的實驗方法。3．學習測定精餾塔全塔效率的實驗方法，研究回流比對精餾塔分離效率的影響。二．基本原理1．全塔效率全塔效率又稱總板效率，是指達到指定分離效果所需理論板數(shù)與實際板數(shù)的比值，即（1）式中，－完成一定分離任務所需的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜；－完成一定分離任務所需的實際塔板數(shù)，本裝置＝10。全塔效率簡單地反映了整個塔內塔板的平均效率，說明了塔板結構、物性系數(shù)
2、、操作狀況對塔分離能力的影響。對于塔內所需理論塔板數(shù)，可由已知的雙組分物系平衡關系，以及實驗中測得的塔頂、塔釜出液的組成，回流比R和熱狀況q等，用圖解法求得。2.圖解法求理論塔板數(shù)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相同，只是將逐板計算過程在y－x圖上直觀地表示出來。精餾段的操作線方程為：（2）式中，－精餾段第n+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分數(shù)；－精餾段第n塊塔板下流的液體組成，摩爾分數(shù)；－塔頂溜出液的液體組成，摩爾分數(shù)；－泡點回流下的回流比。10提餾段的操作線方程為：（3）
3、式中，－提餾段第m+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分數(shù)；－提餾段第m塊塔板下流的液體組成，摩爾分數(shù)；－塔底釜液的液體組成，摩爾分數(shù)；－提餾段內下流的液體量，kmol/s；－釜液流量，kmol/s。加料線（q線）方程可表示為：（4）其中，（5）式中，－進料熱狀況參數(shù)；－進料液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol；－進料液的泡點溫度，℃；－進料液溫度，℃；－進料液在平均溫度的比熱容，kJ/（kmol℃）；(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；②，α和β為附表一中比熱容的值。)－進料液組成，摩爾分數(shù)?；亓鞅萊
4、的確定：（6）式中，－回流液量，kmol/s；－餾出液量，kmol/s。式（610）只適用于泡點下回流時的情況，而實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溫度，即冷液回流。如圖1所示，從全凝器出來的溫度為、流量為的液體回流進入塔頂?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部分上升蒸汽將被冷凝成液體，這樣，塔內的實際流量將大于塔外回流量。圖1塔頂回流示意圖對第一塊板作物料、熱量衡算：（7）（8）對式（9）、式（10）整理、化簡后，近似可得：（9）即實際回流比：（10）
5、R1（11）式中，、－離開第1、2塊板的氣相摩爾流量，kmol/s；－塔內實際液流量，kmol/s；、、、－指對應、、、下的焓值，kJ/kmol；－回流液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol；－回流液在與平均溫度下的平均比熱容，kJ/（kmol℃）。10部分回流操作時，如圖2，圖解法的主要步驟為：A.根據(jù)物系和操作壓力在y－x圖上作出相平衡曲線，并畫出對角線作為輔助線；B.在x軸上定出x＝xD、xF、xW三點，依次通過這三點作垂線分別交對角線于點a、f、b；C.在y軸上定出yC＝xD/(R+1)的點c，連接a、c作出精餾段操作線；D.由
6、進料熱狀況求出q線的斜率q/（q-1），過點f作出q線交精餾段操作線于點d；E.連接點d、b作出提餾段操作線；F.從點a開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當梯級跨過點d時，就改在平衡線和提餾段操作線之間畫階梯，直至梯級跨過點b為止；G.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d的那塊板就是加料板，其上的階梯數(shù)為精餾段的理論塔板數(shù)。圖2部分回流時理論板數(shù)的確定三.實驗裝置和流程本實驗裝置的主體設備是篩板精餾塔，配套的有加料系統(tǒng)、回流系統(tǒng)、產品出料管路、殘液出料管路、進料泵和一些測量、控制儀表。篩板塔主要結構參數(shù)
7、：塔內徑D＝68mm，厚度d＝2mm，塔節(jié)F76′4，塔板數(shù)N＝10塊，板間距HT＝100mm。加料位置由下向上起數(shù)第4塊和第6塊。降液管采用弓形，齒形堰，堰長56mm，堰高7.3mm，齒深4.6mm，齒數(shù)9個。降液管底隙4.5mm。篩孔直徑d0＝1.5mm，正三角形排列，孔間距t＝5mm，開孔數(shù)為74個。塔釜為內電加熱式，加熱功率2.5kW，有效容積為10L。塔頂冷凝器、塔釜換熱器均為盤管式。本實驗料液為乙醇水10溶液，釜內液體由電加熱器產生蒸汽逐板上升，經(jīng)與各板上的液體傳質后，進入盤管式換熱器殼程，冷凝成液體后再從集液器流出，一
8、部分作為回流液從塔頂流入塔內，另一部分作為產品餾出，進入產品貯罐；殘液經(jīng)釜液轉子流量計流入釜液貯罐。精餾過程如圖3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－冷卻水進口；8－冷卻水出口
