精馏塔操作和全效率的测定.doc

实验四 精馏塔操作和全塔效率的测定一、实验目的 ⒈ 充分利用计算机采集和控制系统具有的快速、大容量和实时处理的特点，进行精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，得出实验结论。以掌握实验研究的方法。 ⒉ 学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。 ⒊ 学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。 ⒋ 测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。 二、实验内容 本实验为设计型实验，学生应在教师的协助下，独立设计出完整的实验方案，并自主实施。必须进行的实验内容为1～3，可供选做的实验内容为4～7，最少从中选做一个。 ⒈ 研究开车过程中，精馏塔在全回流条件下，塔顶温度等参数随时间的变化情况。 ⒉ 测定精馏塔在全回流、稳定操作条件下，塔体内温度沿塔高的分布。 ⒊ 测定精馏塔在全回流和某一回流比连续精馏时，稳定操作后的全塔理论塔板数、总板效率和塔体内温度沿塔高的分布。 ⒋ 在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随回流比的变化情况。 ⒌ 在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料流量的变化情况。 ⒍ 在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料组成的变化情况。 ⒎ 在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料热状态的变化情况。 三、实验原理 对于二元物系，如已知其汽液平衡数据，则根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比及塔顶馏出液组成，塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数NT。按照式（-1）可以得到总板效率ET，其中NP为实际塔板数。 (-1) 部分回流时，进料热状况参数的计算式为 (-2) 式中： tF——进料温度，℃。 tBP——进料的泡点温度，℃。 Cpm——进料液体在平均温度（tF + tP）/2下的比热，kJ/（kmol．℃）。 rm——进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热，kJ/kmol。 Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2，kJ/（kmol．℃） (-3) rm=r1M1x1+r2M2x2，kJ/kmol (-4) 式中： Cp1，Cp2——分别为纯组份1和组份2在平均温度下的比热，kJ/（kg．℃）。 r1，r2——分别为纯组份1和组份2在泡点温度下的汽化潜热，kJ/kg。 M1，M2——分别为纯组份1和组份2的质量，kg/kmol。 x1，x2——分别为纯组份1和组份2在进料中的分率。四、实验装置的流程 实验室共有8套筛板精馏塔可供实验用，实验装置流程示意图如图-1所示。 筛板精馏塔的主要参数为： 塔板直径：50mm；板间距：100mm；筛孔直径：2mm；开孔率：6.6%；塔板数：7（第五套设备为9）；进料板位置：从塔顶开始第5、6板；进料槽数量：2；进料泵最大流量：4L/h；进料加热器功率：400W；塔釜最大加热功率：800W。进料流量与蠕动泵转速的关系： （-5） 式中：V—流量，L / h；r—转速，转/分 质量浓度与折光指数的关系（30℃）： （-6） 式中：—质量分率；—折光指数 可供实验的物系：乙醇/正丙醇。 五、实验步骤举例 以测定乙醇/正丙醇二元物系精馏分离过程全回流条件下全塔效率为例。 实验前准备工作 将阿贝折光仪配套的超级恒温水浴调整运行到所需的温度（30℃），并记下这个温度。配制一定浓度的乙醇/正丙醇混合液，然后加到进料槽中。在精馏塔釜中加入其容积2/3的乙醇/正丙醇混合液。 全回流操作 向塔顶冷凝器通入冷却水，接通塔釜加热器电源，设定加热功率进行加热。当塔釜中液体开始沸腾时，注意观察塔内气液接触状况，当塔顶有液体回流后，适当调整加热功率，使塔内维持正常的操作状态。进行全回流操作至塔顶温度保持恒定5分钟后，在塔顶和塔釜分别取样，用阿贝折光仪测量样品浓度。阿贝折光仪的使用方法见本实验附录。 ⒊ 实验结束后，停止加热，待塔釜温度冷却至室温后，关闭冷却水，一切复原，并打扫实验室卫生，将实验室水电切断后，方能离开实验室。 图4.1 实验装置流程示意图 六、注意事项 ⒈ 本实验过程中，要特别注意安全，严禁干烧加热器，以免发生触电事故。 ⒉ 本实验用计算机不能作为他用，不能删除和添加任何程序，计算机不能带电插拔外设接口。 ⒊ 开车时必须先接通冷却水，方能进行塔釜加