2023年精馏实验报告.docx

精馏实验报告范文 　　学院：化学工程学院 姓名：学 号： 专业：化学工程与工艺 班 级：同组人员： 　　课程名称： 化工原理实验 实验名称： 精馏实验实验日期 　　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。 　　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=U2/R 　　式中 U——电加热的加热电压，V; R——电加热器的电阻，Ω。 　　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 　　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。 　　=58.9149—42.5532nD 　　式中 ——料液的质量分数； 　　nD——料液的折射率（以上数据为由实验测得）。 　　四、操作要点 　　①对照流程图，先熟悉精馏过程中的流程，并搞清仪表上的按钮与各仪表相对应的设备与测控点。 　　②全回流操作时，在原料贮罐中配置乙醇含量20%～25%（摩尔分数）左右的乙醇-正丙醇料液，启动进料泵，向塔中供料至塔釜液面达250～300mm。 　　③启动塔釜加热及塔身伴热，观察塔釜、塔身t、塔顶温度及塔板上的气液接触状况（观察视镜），发现塔板上有料液时，翻开塔顶冷凝器的水控制阀。