2023年化工原理筛板塔精馏实验报告.docx

化工原理筛板塔精馏实验报告 篇一：化工原理实验报告_精馏 化工原理实验报告 实验名称：精馏实验 班级：生工xx 姓名：学号：xxx 同组人：xxx 日期：xxx 精馏实验 一、及关键词 ：精馏是实现液相混合物液液别离的重要方法，而精馏塔是化工生产中进行别离过程的主要单元，板式精馏塔为其主要形式。本实验在常温、常压下用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下的操作情况，从而计算总板效率和单板效率，并分析影响单板效率的主要因素，最终得以提高塔板效率。 关键词：精馏，板式塔，理论板数，总板效率，单板效率 二、目的及任务 1、熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构，观察塔板上汽-液接触状况。 3、测定全回流时的全塔效率及单板效率。 三、根本理论及原理 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔板逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔板上实现屡次接触，进行传热与传质，使混合液到达一定程度的别离。 回流是精馏操作得以实现的根底。塔顶的回流液与采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的别离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。假设塔在最小回流比下操作，要完成别离任务，那么需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是一个操作限度。假设操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无任何原料参加，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论板数最少，又易于到达稳定，故常在工业装置中的开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取最小回流比的1.2~2.0倍。在精馏塔操作中，假设回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，别离效果也将变坏。 板效率是表达塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 (1)总板效率E E N Ne 式中 E——总板效率； N——理论板数（不包括塔釜）； Ne——实际板数。 （2）单板效率Eml Eml,n xn1xn x xn1xn 式中 Eml,n——以液相浓度表示的单板效率； Xn，Xn-1——第n块板和第（n-1）块板的液相浓度； Xnx——与第n块板气相浓度相平衡的液相浓度； 总板效率与单板效率的数值常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因数。当物系与板型确定后，可通过改变汽液符合到达最高的板效率；对于不同的板型，可以在保持相同的物系及操作条件下，测定其单板效率，以评价其性能优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均别离效果，常用于板式塔设计中。 四、实验流程及仪表 本实验的流程如以下图所示，主要有精馏塔、回流分配装置及测控系统组成。 1．精馏塔 精馏塔为筛板塔，全塔共八块塔板，塔身的结构尺寸为：塔径∮（57×3.5）mm，塔板间距80mm；溢流管截面积78.5mm2,溢流堰高12mm，底隙高度6mm；每块塔板开有43个直径为1.5mm的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm。为了便于观察踏板上的汽-液接触情况，塔身设有一节玻璃视盅，在第1-6块塔板上均有液相取样口。 蒸馏釜尺寸为∮108mm×4mm×400mm.塔釜装有液位计、电加热器（1.5kw）、控温电热器（200w）、温度计接口、测压口和取样口，分别用于观测釜内液面高度，加热料液，控制电加热装置，测量塔釜温度，测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。由于本实验所取试样为塔釜液相物料，故塔釜内可视为一块理论板。塔顶冷凝器为一蛇管式换热器，换热面积为0.06m2，管外走蒸汽，管内走冷却水。 图1精馏装置和流程示意图 1—塔顶冷凝器；2—回流比分配器；3—塔身；4—转子流量计；5—视盅；6—塔釜； 7—塔釜加热器；8—控温加热器；9—支座；10—冷却器；11—原料液罐；12—缓冲罐； 13—进料泵；14—塔顶放气阀 2．回流分配装置 回流分配装置由回流分配器与控制器组成。控制器由控制仪表和电磁线圈构成。回流分配器由玻璃制成，它由一个入口管、两个出口管及引流棒组成。两个出口管分别用于回流和采出。引流棒为一根∮4mm的玻璃棒，内部装有铁芯，塔顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下，在控制器的控制下实现塔顶冷凝器的回流或采出操作。即当控制器电路接通后，电磁圈将引流棒吸起，操作处于采出状态；当控制器电路断开时，电磁线圈不工作，引流棒自然下垂，操作处于回流状态。此回流分配器可通过控制器实现手动控制，也可通过计算机实现自动控制。 3．测控系统 在本实验中，利用人工智能仪表分别测定塔顶温度、塔釜温度、塔身伴热温度、塔釜加热温度、全塔压降、加热电压、进料温度及回流比等参数，该系统的引入，不仅使实验跟更为简便、快捷，又可实现计算机在线数据采集与控制。 4．物料浓度分析 本实验所用的体系为乙醇-正丙醇，由于这两种物质的折射率存在差异，且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系，故可通过阿贝折光仪分析料液的折射率，从而得到浓度。这种测定方法的特点是方便快捷、操作简单，但精度稍低；假设要实现高精度的测量，可利用气相色谱进行浓度分析。 混合料液的折射率与质量分数（以乙醇计）的关系如下。 40℃时 m=58.2068-42.1941nD（1.3560式中 m——料液的质量分数； nD——料液的折射率。 五、操作要点 全回流时精馏操作实验测定： 1、对照流程图，熟悉精馏过程的流程，搞清仪表柜上按钮与各仪表对应的设备与测控点。 2、启动进料泵，向塔中供以乙醇—正丙醇料液，至塔釜高度的3/ 4左右。 3、启动塔釜加热及塔身伴热，塔顶冷凝器冷却水控制阀处于开启状态。 4、适当调节加热电压，一段时间后，待塔操作参数稳定后，在塔顶、塔釜及相邻两块塔板上取样，用阿贝折光仪进行分析，测取两组数据。 5、实验完毕，停止加料，关闭塔釜加热及塔身伴热，切断电源，清理现场。 六、数据整理与计算例如 在全回流、加热电压为86V的条件下测得以下数据： 以塔顶数据为例，计算过程如下： 1）摩尔分率计算 塔顶平均折光率nD=（nD1 + nD2 + nD3 ）/3=(1.3619＋1.3618+1.3618 )/3＝1.36183 塔顶料液质量分数m=58.2068-42.1941nD=58.2068-42.1941×1.36183=0.745468 乙醇摩尔质量M＝46.07kg∕kmol丙醇摩尔质量M＝60.1 kg∕kmol轻组分乙醇的摩尔分率xw ＝(m∕46.07) ∕[m∕46.07＋(1－m) ∕60.1 ] ＝(0.745468∕46.07) ∕[0.745468∕46.07＋(1－0.745468) ∕60.1 ] ＝0.792561 2）板效率计算 在直角坐标系中绘制x—y图，用图解法求出理论板数： 篇二：化工原理实验精馏实验报告 北 京 化 工 大 学 学生实验报告 学院：化学工程学院 姓名：王敬尧 学 号：2023016068 专业：化学工程与工艺 班 级： 化工1012班 同组人员： 雍维、雷雄飞课程名称： 化工原理实验 实验名称： 精馏实验实验日期2023.5.15 北 京 化 工 大 学 实验五 精馏实验 ：本实验通过测定稳定工作状态下塔顶、塔釜及任意两块塔板的液相折光度，得到该处液相浓度，根据数据绘出x-y图并用图解法求出理论塔板数，从而得到全回流时的全塔效率及单板效率。通过实验，了解精馏塔工作原理。 关键词：精馏，图解法，理论板数，全塔效率，单板效率。 一、目的及任务 ①熟悉精馏的工艺流程，掌握精馏实验的操作方法。 ②了解板式塔的结构，观察塔板上汽-液接触状况。 ③测定全回流时的全塔效率及单塔效率。 ④测定局部回流时的全塔效率。 ⑤测定全塔的浓度（或温度）分布。 ⑥测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 二、根本原理 在板式精馏塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液，在塔板上实现屡次接触，进行传热与传质，使混合液到达一定程度的别离。 回流是精馏操作得以实现的根底。塔顶的回流量与采出量之比，称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一，其大小影响着精馏操作的别离效果和能耗。 回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。假设塔在最小回流比下操作，要完成别离任务，那么需要无穷多塔板的精馏塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是一个操作限度。假设操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料参加，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中午实际意义。但是由于此时所需理论板数最少，又易于到达稳定，故常在工业装置的开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取最小回流比的1.2～2.0倍。在精馏操作中，假设回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，别离效果也将变坏。 1 板效率是表达塔板性能及操作状况的主要参数，有以下两种定义方法。 （1） 总板效率E E=N/Ne 式中E——总板效率；N——理论板数（不包括塔釜）； Ne——实际板数。 (2)单板效率Eml Eml=(xn-1-xn)/(xn-1-xnx) 式中 Eml——以液相浓度表示的单板效率； xn ，xn-1——第n块板和第n-1块板的液相浓度； xnx——与第n块板气相浓度相平衡的液相浓度。 总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因数。当物系与板型确定后，可通过改变气液负荷到达最高板效率；对于不同的板型，可以保持相同的物系及操作条件下，测定其单板效率，以评价其性能的优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均别离效果，常用于板式塔设计中。 假设改变塔釜再沸器中加热器的电压，塔内上升蒸汽量将会改变，同时，塔釜再沸器电加热器外表的温度将发生变化，其沸腾给热系数也将发生变化，从而可以得到沸腾给热系数与加热量的关系。由牛顿冷却定律，可知 Q=αA△tm 式中 Q——加热量，kw; α——沸腾给热系数，kw/(m2xK); A——传热面积，m2; △tm——加热器外表与主体温度之差，℃。 假设加热器的壁面温度为ts ,塔釜内液体的主体温度为tw ,那么上式可改写为 Q=aA(ts-tw) 由于塔釜再沸器为直接电加热，那么加热量Q为 Q=U/R 式中 U——电加热的加热电压，V; R——电加热器的电阻，Ω。 2 2 三、装置和流程 本实验的流程如图1所示，主要有精馏塔、回流分配装置及测控系 统组成。 1.精馏塔 精馏塔为筛板塔，全塔共八块塔板，塔身的结构尺寸为：塔径∮（57×3.5）mm，塔板间距80mm；溢流管截面积78.5mm2,溢流堰高12mm，底隙高度6mm；每块塔板开有43个直径为1.5mm的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm。为了便于观察踏板上的汽-液接触情况，塔身设有一节玻璃视盅，在第1-6块塔板上均有液相取样口。 蒸馏釜尺寸为∮108mm×4mm×400mm.塔釜装有液位计、电加热器（1.5kw）、控温电热器（200w）、温度计接口、测压口和取样口，分别用于观测釜内液面高度，加热料液，控制电加热装置，测量塔釜温度，测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。由于本实验所取试样为塔釜液相物料，故塔釜内可视为一块理论板。塔顶冷凝器为一蛇管式换热器，换热面积为0.06m2，管外走冷却液。 图1 精馏装置和流程示意图 1．塔顶冷凝器 2．塔身3．视盅4．塔釜 5．控温棒 6．支座 7．加热棒 8．塔釜液冷却器 9．转子流量计 10．回流分配器 11．原料液罐 12．原料泵 13．缓冲罐 14．加料口 15．液位计 3 2.回流分配装置 回流分配装置由回流分配器与控制器组成。控制器由控制仪表和电磁线圈构成。回流分配器由玻璃制成，它由一个入口管、两个出口管及引流棒组成。两个出口管分别用于回流和采出。引流棒为一根∮4mm的玻璃棒，内部装有铁芯，塔顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下，在控制器的控制下实现塔顶冷凝器的回流或采出操作。即当控制器电路接通后，电磁圈将引流棒吸起，操作处于采出状态；当控制器电路断开时，电磁线圈不工作，引流棒自然下垂，操作