板式精馏塔操作及其总塔效率测定(教案).docVIP

实验八 板式精馏塔的操作及其总塔效率的测定 一、实验目的 熟悉板式塔的结构及精馏操作流程。掌握精馏塔的操作方法，进一步理解影响精馏操作的因素。~20%（体积百分数，以下用v表示）的乙醇水溶液，达到塔顶馏出液乙醇浓度大于90%（v），塔釜残液乙醇浓度小于5%（v）。并在规定的时间内完成300mL的采出量，记录下所有的实验参数； 要求控制料液进料量为3 L/h，调节回流比，尽可能达到最大的塔顶馏出液浓度。 三、实验原理 最早的精馏方法出现于希腊，航海者利用海水将蒸汽凝结以获得淡水。今天精馏已成为化学和石油工业中分离液体混合物单元操作中最广泛采用的方法之一。此分离技术的原理是液体混合物中各组分的挥发度不同，这样液体混合物沸腾时所得的蒸汽在绝大部分情况下与沸腾的液体有着不同的组成。 在板式馏塔中，混合液的蒸汽逐板上升，回流液逐板下降，气液两相在塔板上接触，实现传质、传热过程而达到分离的目的。如果在每层塔板上，上升的蒸汽与下降的液体处于平衡状态，则该塔板称之为理论塔板。然而在实际操做过程中由于接触时间有限，气液两相不可能达到平衡，即实际塔板的分离效果达不到一块理论塔板的作用。因此，完成一定的分离任务，精馏塔所需的实际塔板数总是比理论塔板数多。对于双组分混合液的蒸馏，若已知汽液平衡数据，测得塔顶流出液组成Xd、釜残液组成Xw ，液料组成Xf及回流比R和进料状态，就可用图解法在y-x图上，或用其他方法求出理论塔板数Nt。精馏塔的全塔效率Et为理论塔板数与实际塔板数N之比，即：Et=Nt/N影响塔板效率的因素很多，大致可归结为：流体的物理性质（如粘度、密度、相对挥发度和表面张力等）、塔板结构以及塔的操作条件等。由于影响塔板效率的因素相当复杂，目前塔板效率仍以实验测定给出。 精馏塔的单板效率Em可以根据气相（或液相）通过测定塔板的浓度变化进行计算。若以液相浓度变化计算，则为： Eml=(Xn-1-Xn) / (Xn-1- Xn*)若以气相浓度变化计算，则为：Emv=(Yn-Yn+1) / ( Yn*-Yn-1)式中：Xn-1-----第n-1块板下降的液体组成，摩尔分率；???????? Xn-------第n块板下降的液体组成，摩尔分率；???????? Xn*------第n块板上与升蒸汽Yn相平衡的液相组成，摩尔分率；???????? Yn+1-----第n+1块板上升蒸汽组成，摩尔分率；???????? Yn-------第n块板上升蒸汽组成，摩尔分率；???????? Yn*------第n块板上与下降液体Xn相平衡的气相组成，摩尔分率。在实验过程中，只要测得相邻两块板的液相（或气相）组成，依据相平衡关系，按上述两式即可求得单板效率Em. 若塔顶采出率过大，即使精馏塔有足够的分离能力，塔顶也不能获得合格产物。 （2）精馏塔的分离能力 在塔板数一定的情况下，正常的精馏操作要有足够的回流比，才能保证一定的分离效果，获得合格的产品，所以要严格控制回流量。 （3）精馏塔操作时，应有正常的汽液负荷量，避免不正常的操作状况 严重的液沫夹带现象 严重的漏液现象 溢流液泛 2．产品不合格原因及调节方法 （1）由于物料不平衡而引起的不正常现象及调节方法 过程在DxD ＞FxF ( WxW下操作：随着过程的进行，塔内轻组分会大量流失，重组分则逐步积累，表现为釜温正常而塔顶温度逐渐升高，塔顶产品不合格。 原因—— A 塔顶产品与塔釜产品采出比例不当； B 进料组成不稳定，轻组分含量下降。 调节方法——减少塔顶采出量，加大进料量和塔釜出料量，使过程在（DxD ＜FxF ( WxW）下操作一段时间，以补充塔内轻组分量。待塔顶温度下降至规定值时，再调节参数使过程回复到（DxD =FxF ( WxW）下操作。 过程在DxD＜FxF ( WxW下操作：与上述相反，随着过程的进行，塔内重组分流失而轻组分逐步积累，表现为塔顶温度合格而釜温下降，塔釜产品不合格。 原因—— A 塔顶产品与塔釜产品采出比例不当； B 进料组成不稳定，轻组分含量升高。 调节方法——可维持回流量不变，加大塔顶采出量，同时相应调节加热蒸汽压，使过程在（DxD ＞FxF ( WxW）下操作。适当减少进料量，待釜温升至正常值时，再按（DxD =FxF ( WxW）的操作要求调整操作条件。 （2）分离能力不够引起的产品不合格现象及调节方法：表现为塔顶温度升高，塔釜温度下降，塔顶、塔釜产品都不符合要求。 调节方法——一般可通过加大回流比来调节，但必须防止严重的液沫夹带现象发生。 （3）进料量发生变化的影响及调节； （4）进料组成发生变化的影响及调节； （5）进料温度发生变化的影响——即q线对过程的影响。 3．灵敏板