化工原理实验教学课件片断.ppt

精 馏 实 验 第一页，共二十六页。 目录 一、实验简介 二、实验装置与流程 三、操作步骤与注意事项 四、自我考查 第二页，共二十六页。 一、实验简介 １、实验目的 ２、基本原理 第三页，共二十六页。 1、实验目的 （1）观察塔的气液两相流动状态； （2）测定全回流条件下塔总板效率与空塔气速的关系； （3）测定不同回流比时的总板效率，研究回流比对精馏操作的影响。 第四页，共二十六页。 ２、基本原理 在板式精馏塔中，塔板是气液两相接触的场所，由塔釜产生的上升蒸汽与从塔顶下降的下降液逐级接触进行传热和传质，下降液经过多次部分气化，重组分含量逐渐增加，上升蒸汽经多次部分冷凝，轻组分含量逐渐增加，从而使混合物达到一定程度的分离。 第五页，共二十六页。 (点击画面动画表演) 塔板气液两相接触演示 第六页，共二十六页。 实验原理 回流比 总板效率 空塔气速 全塔压降 塔顶蒸汽摩尔流量 空塔气速 芬斯克方程 全回流 最小回流比Rm 上升蒸汽流量 第七页，共二十六页。 1．回流比 从塔顶回流的液体量与塔顶产品采出量之比称为回流比，；回流比是精馏操作的一个主要控制参数，其数值大小影响着精馏操作的分离效果与能耗。当料液组成和分离要求一定时，增加回流比R，精馏段操作线斜率增大，精馏段和提馏段操作线均向对角线移动。它们与平衡线的距离增大，所需理论塔板数减少，能耗增大。回流比存在着两种极限状态。 第八页，共二十六页。 （1）最小回流比Rm 当回流比减至某一数值时两操作线的交点e落在平衡线上，此时，即使理论塔板数无穷多，混合物组成也不能跨过e 点，此回流比为该条件下的最小回流比，。最小回流比的数值还与平衡线的形状有关，当回流比减小时，如果精馏段操作线或提馏段操作线与平衡线相切于e点，则此时的回流比为该条件下的最小回流比。 （2）全回流 精馏过程既无加料也无采出，操作线与对角线重合，为达到指定分离程度，所需的理论板数最少。 第九页，共二十六页。 2．总板效率 总板效率反映的是全塔各板总的分离效果。 总板效率： 式中：N—理论板数；Ne—实际板数。 实验中用气相色谱仪测定全回流条件下塔 顶、塔釜产品的质量浓度，并应用芬斯克方程 求出理论板数N 。 式中：xA、xB — 产品中乙醇、水的摩尔分数； αD、αW — 塔顶、塔釜产品的相对挥 发度。 第十页，共二十六页。 3．空塔气速 （1）依据恒摩尔流假定，上升蒸汽流量可由塔顶蒸汽流量测定： 式中：Vs — 塔顶蒸汽流量，m3/s；qn — 塔顶蒸汽摩尔流量，mol/s； T — 塔顶温度，K；p — 塔顶压强，Pa； （2）塔顶蒸汽摩尔流量可由回流液的体积流量得出 式中：qv — 塔顶产品流量，m3/s；ρD — 塔顶产品密度，kg/ m3； mAD、mBD — 分别为塔顶产品中乙醇、水的质量百分浓度； ρA — 乙醇的密度，kg/ m3；ρB — 水的密度，kg/ m3 。 第十一页，共二十六页。 （3）空塔气速 式中：D — 精馏塔的内径，m 。 第十二页，共二十六页。 4．全塔压降 气体通过塔板孔及板上液层势必有阻力损失，由此造成塔板上、下相应位置上的压强差，各板压强差的总和表现为全塔压降。塔板阻力包括干板阻力及液层阻力。气体通过干板与通过孔板的流动情况极为相似，阻力大小与孔速成正比；液层阻力包括克服板上泡沫层的静压、形成气液界面的能量消耗和通过液层的摩擦阻力损失三个因素，其中克服板上泡沫层的静压所造成的阻力损失占主要部分，由于溢流管的存在，气速增大时，泡沫层高度变化不大，但含气率增大，因此，气体通过泡沫层的阻力损失反而有所降低。当然，总阻力损失还是随气速增大而增大。 第十三页，共二十六页。 三、实验装置与流程 1、实验装置与流程 2、 设备规格与尺寸 第十四页，共二十六页。 精馏实验装置图 1-塔釜 2-电热棒 3-液位计 4-压差计 5-板式塔塔体 6-冷凝器 7-回流流量计 8-采出流量计 9-控制面板 1．实验装置与流程 第十五页，共二十六页。 流程描述 实验物系为5%~8%的乙醇—水溶液，经五组电热棒组合加热，加热产生的上升蒸汽在塔板与回流液进行两相接触。塔顶产品水冷