改后的实验6 板式塔精馏实验精要.docx

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改后的实验6 板式塔精馏实验精要

板式塔精馏实验 一、实验目的 1. 观察板式塔汽、液两相流动状态。 2. 了解回流比对精馏操作的影响。 3. 测定板式塔总板效率与空塔汽速的关系 4. 了解精馏流程安排及操作 二、基本原理 塔板是板式精馏塔的主要构件,是汽液两相接触传热、传质的媒介。通过塔底的再沸器对塔釜液体加热使之沸腾汽化,上升的蒸汽穿过塔板上的孔道和板上的液体接触进行传质。塔顶的蒸汽经冷凝器冷凝后,一部分作为塔顶产品流出,其余则作为回流液返回塔内。来自塔顶的液体自上而下经过降液管流至下层塔板口,再横向流过整个塔板,经另一侧降液管流下。气、液两相在塔内整体呈逆流,板上呈错流,这是板式塔内气、液两相的流动特征。汽液两相在塔板上进行相际传质,使液相中易挥发组分进入汽相、汽相中难挥发组分转入液相。 精馏塔所以能使液体混合物得到较完全的分离,关键在于回流的运用。从塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比称为回流比,它是精馏操作的一个重要控制参数,回流比数值的大小影响着精馏操作的分离效果与能耗。回流比可分为全回流,最小回流比和实际操作时采用的适宜回流比。 全回流是一种极限情况,它不加料也不出产品。塔顶冷凝量全部从塔顶回到塔内,这在生产上没有意义。但是这种操作容易达到稳定,故在装置开工和科学研究中常常采用。全回流时由于回流比为无穷大,当分离要求相同时比其它回流比所需理论板要少,故称全回流时所需理论板为最少理论板数。通常计算最少理论板用芬斯克方程。对于一定的分离要求,减少回流比,所需的理论板数增加,当减到某一回流比时,需要无穷多个理论板才能达到分离要求,这一回流比称为最小回流比Rm。最小回流比是操作另一极限,因为实际上精馏塔不可能安装无限块板,因此亦就不能选择Rm来操作。实际选用的回流比R应为Rm的一个倍数,这个倍数根据经验取1.2~2。当体系的分离要求、进料组成和状态确定后,可以根据平衡线的形状由作图求出最小回流比。在精馏塔正常操作时,如果回流装置出现毛病,中断了回流,此时操作情况会发生明显变化。塔顶易挥发物组成下降,塔釜易挥发物组成随之上升,分离情况变坏。 板效率是反映塔板及操作好坏的重要指标,影响板效率的因素很多,当板型、体系决定以后,塔板上的汽、液流量是板效率的主要影响因素,当塔的上升蒸汽量不够,塔板上建立不了液层;若上升汽速太大,又会产生严重夹带甚至于液泛,这时塔的分离效果大大下降。表示板效率的方法常用的有两种: (1)总板效率E E=NNe 式中:E——总板效率; N——理论板数; Ne——实际板数。 (2)单板效率Eml Eml=xn-1-xnxn-1-xn* 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块板液相浓度; xn*——与离开第n块板的汽体相平衡的液相浓度。 总板效率的数值在设计中应用得很广泛,它常由实验测定。单板效率是评价塔板好坏的重要数据,针对不同板型,在实验时保持相同的体系和操作条件,对比它们的单板效率就可以确定其优劣,因此在科研中常常运用。 在一定回流比下,连续精馏塔的理论塔板数可采用逐板计算法(Lewis--Matheson法)或图解计算法(McCabe-Thiele法)。逐板计算法或图解法的依据,都是汽液平衡关系式和操作方程,后者只是采用绘图方法代替前者的逐板解析计算,但对于相对挥发度小的物系,采用逐板计算法更为精确,采用计算机进行程序计算,尤为快速、简便。 精馏段的理论塔板数可按汽液平衡关系式和精馏段操作方程,进行逐板计算: 蒸汽的空塔速度可按下式计算: 式中:Ll和Ld分别为回流液和馏出液的流量,m3·S-1 和分别为回流液和柱顶蒸汽的密度,Kg·m-3 d为精馏柱的内径,m 回流液和蒸汽的密度可分别按下列公式计算: 式中,wA,wB分别为回流液中易挥发组分A和难挥发组分B的质量分率; ρA和ρB分别为A和B组分在回流温度下的密度,Kg·m-3; MA、MB分别为A和B组分的摩尔质量, Kg·mol-1; xA和xB分别为回流液(或馏出液)中A和B组分的摩尔分率; P为操作压强,Pa; T为塔内蒸汽的平均温度。K; 为蒸汽和平均摩尔质量,Kg·mol-1; R为气体常数,8.314 J·mol-1·K 三、实验装置及流程 实验装置如图1所示,包括精馏塔、冷凝器、再沸器和控制屏等部分。其中精馏塔体和塔板均采用不锈钢制作,塔内径为φ50mm,塔板数13块,板间距100mm,孔径为φ2mm,开孔率为6%。塔体设置了两节玻璃塔节一边观察塔板上汽液流动现象。精馏塔设置了两处进料口,同时在再沸器上也设置了进料口,以便于开车时直接向再沸器加料。本精馏塔的回流比通过回流控制阀和馏出液控制阀可以任意调节。 图1 板式塔精馏装置 四

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