基本型填料精馏塔.ppt

基本型填料精馏塔实验 一．实验目的 1.了解填料精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。 2.学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。 3.掌握保持其他条件不变下调节回流比的方法，研究回流比对精馏塔分离效率的影响。 4.掌握用图解法求取理论板数的方法，并计算等板高度（HETP）。 二．基本原理 填料塔属连续接触式传质设备，填料精馏塔与板式精馏塔的不同之处在于塔内气液相浓度前者呈连续变化，后者层逐级变化。等板高度（HETP）是衡量填料精馏塔分离效果的一个关键参数，等板高度越小，填料层的传质分离效果就越好。 1.等板高度（HETP） HETP是指与一层理论塔板的传质作用相当的填料层高度。它的大小，不仅取决于填料的类型、材质与尺寸，而且受系统物性、操作条件及塔设备尺寸的影响。对于双组分体系，根据其物料关系，通过实验测得塔顶组成xD、塔釜组成xW、进料组成xF及进料热状况q、回流比R和填料层高度Z等有关参数，用图解法求得其理论板NT后，即可用下式确定： HETP＝Z/NT （1） 2.图解法求理论塔板数图解法又称麦卡勃－蒂列（McCabe－Thiele）法，简称M－T法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在y－x图上直观地表示出来。 精馏段的操作线方程为： （2） 式中， －精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数； －精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数； －塔顶馏出液的液体组成，摩尔分数； －泡点回流下的回流比。 提馏段的操作线方程为： 加料线（q线）方程可表示为： （4） 其中， （5） 式中， －进料热状况参数； －进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol； －进料液的泡点温度，℃； －进料液温度，℃； －进料液在平均温度/2下的比热容，kJ/（kmol℃）； －进料液组成，摩尔分数。 回流比R的确定： （6） 式中， －回流液量，kmol/s； －馏出液量，kmol/s。 式（6）只适用于泡点下回流时的情况，而实际操作时为了保证上升气流能完全冷凝，冷却水量一般都比较大，回流液温度往往低于泡点温度，即冷液回流。如图1所示，从全凝器出来的温度为、流量为的液体回流进入塔顶第一块板，由于回流温度低于第一块塔板上的液相温度，离开第一块塔板的一部分上升蒸汽将被冷凝成液体，这样，塔内的实际流量将大于塔外回流量。 图1塔顶回流示意图 对第一块板作物料、热量衡算： 即实际回流比： （10） （11） 式中， 、 －离开第1、2块板的气相摩尔流量，kmol/s； －塔内实际液流量，kmol/s； 、 、 、－指对应 、 、 、 下的焓值，kJ/kmol； －回流液组成下的汽化潜热，kJ/kmol； －回流液在与平均温度下的平均比热容，kJ/（kmol℃）。 (1)全回流操作 在精馏全回流操作时，操作线在y－x图上为对角线，如图1所示，根据塔顶、塔釜的组成在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论塔板数。 图2 全回流时理论板数的确定 (2)部分回流操作 部分回流操作时，如图2，图解法的主要步骤为： A.根据物系和操作压力在y－x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线； B.在x轴上定出x＝xD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线于点a、f、b； C.在y轴上定出yC＝xD/(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线； D.由进料热状况求出q线的斜率q/（q-1），过点f作出q线交精馏段操作线于点d； E.连接点d、b作出提馏段操作线； F.从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之