篩板精餾塔實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

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1、篩板精餾塔實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書10篩板精餾塔實(shí)驗(yàn)一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解篩板精餾塔及其附屬設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，掌握精餾過(guò)程的基本操作方法。2．學(xué)會(huì)判斷系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的方法，掌握測(cè)定塔頂、塔釜溶液濃度的實(shí)驗(yàn)方法。3．學(xué)習(xí)測(cè)定精餾塔全塔效率的實(shí)驗(yàn)方法，研究回流比對(duì)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(dá)到指定分離效果所需理論板數(shù)與實(shí)際板數(shù)的比值，即（1）式中，－完成一定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)，包括蒸餾釜；－完成一定分離任務(wù)所需的實(shí)際塔板數(shù)，本裝置＝10。全塔效率簡(jiǎn)單地反映了整個(gè)塔內(nèi)塔板的平均效率，說(shuō)明了塔板結(jié)構(gòu)、物性系數(shù)、操作狀況對(duì)塔分離能力的影響。對(duì)于塔內(nèi)所需理論

2、塔板數(shù)，可由已知的雙組分物系平衡關(guān)系，以及實(shí)驗(yàn)中測(cè)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(jiǎn)稱M－T法，其原理與逐板計(jì)算法完全相同，只是將逐板計(jì)算過(guò)程在y－x圖上直觀地表示出來(lái)。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?jǐn)?shù)；－精餾段第n塊塔板下流的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；－塔頂溜出液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；－泡點(diǎn)回流下的回流比。10提餾段的操作線方程為：（3）式中，－提餾段第m+1塊塔板上升的蒸汽組成，摩爾分?jǐn)?shù)；－提餾段第m塊塔板下流的液體組成，摩爾

3、分?jǐn)?shù)；－塔底釜液的液體組成，摩爾分?jǐn)?shù)；－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：（4）其中，（5）式中，－進(jìn)料熱狀況參數(shù)；－進(jìn)料液組成下的汽化潛熱，kJ/kmol；－進(jìn)料液的泡點(diǎn)溫度，℃；－進(jìn)料液溫度，℃；－進(jìn)料液在平均溫度的比熱容，kJ/（kmol℃）；(可由兩種方法計(jì)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(jìn)料液組成，摩爾分?jǐn)?shù)?；亓鞅萊的確定：（6）式中，－回流液量，kmol/s；－餾出液量，kmol/s。式（610）只適用于泡點(diǎn)下回流時(shí)的情況，而實(shí)際操作時(shí)為了保證上升氣

4、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。如圖1所示，從全凝器出來(lái)的溫度為、流量為的液體回流進(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部分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。圖1塔頂回流示意圖對(duì)第一塊板作物料、熱量衡算：（7）（8）對(duì)式（9）、式（10）整理、化簡(jiǎn)后，近似可得：（9）即實(shí)際回流比：（10）R1（11）式中，、－離開第1、2塊板的氣相摩爾流量，kmol/s；－塔內(nèi)實(shí)際液流量，kmol/s；、、、－指對(duì)應(yīng)、、、下的焓值，kJ/kmol；－回流液組成下的汽化潛熱，kJ/kmo

5、l；－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(shí)，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(duì)角線作為輔助線；B.在x軸上定出x＝xD、xF、xW三點(diǎn)，依次通過(guò)這三點(diǎn)作垂線分別交對(duì)角線于點(diǎn)a、f、b；C.在y軸上定出yC＝xD/(R+1)的點(diǎn)c，連接a、c作出精餾段操作線；D.由進(jìn)料熱狀況求出q線的斜率q/（q-1），過(guò)點(diǎn)f作出q線交精餾段操作線于點(diǎn)d；E.連接點(diǎn)d、b作出提餾段操作線；F.從點(diǎn)a開始在平衡線和精餾段操作線之間畫階梯，當(dāng)梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)d時(shí)，就改在平衡線和提餾段操作線之間畫階梯，直至梯級(jí)跨過(guò)點(diǎn)b

6、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(guò)點(diǎn)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(shí)理論板數(shù)的確定三.實(shí)驗(yàn)裝置和流程本實(shí)驗(yàn)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(cè)量、控制儀表。篩板塔主要結(jié)構(gòu)參數(shù)：塔內(nèi)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(zhǎng)56mm，堰高7.3mm，齒深4.6mm，齒數(shù)9個(gè)。降液管底隙4.5mm。篩孔直徑d0＝1.5mm，正三角形排列，孔

7、間距t＝5mm，開孔數(shù)為74個(gè)。塔釜為內(nèi)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(shí)驗(yàn)料液為乙醇水10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?gòu)募浩髁鞒?，一部分作為回流液從塔頂流入塔?nèi)，另一部分作為產(chǎn)品餾出，進(jìn)入產(chǎn)品貯罐；殘液經(jīng)釜液轉(zhuǎn)子流量計(jì)流入釜液貯罐。精餾過(guò)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(jìn)口；8－冷卻水出口