板式精馏塔设计系实验报告.docx
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板式精馏塔设计系实验报告
CompanyDocumentnumber：
WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
板式精馏塔设计系实验报告
板式精馏塔实验报告
学院：
广州大学化学化工学院
班级：
10精工
分组：
第七组
姓名：
其他组员：
指导老师：
摘要：
本文对筛板精馏塔的性能进行全面的测试，主要对乙醇正丙醇精馏过程中的不同实验操作条件进行探讨，得出了塔釜浓度、回流比、进料位置等与全塔效率的关系，确定了该筛板精塔的最优实验操作条件。
关键词：
精馏；回流比；全塔效率
Abstract:
Thesieveplatedistillationcolumnperformancecomprehensivetesting,mainlyonethanolisopropylalcoholdistillationprocessinthedifferentexperimentalconditionswerediscussed,thereactorconcentration,refluxratio,feedlocationandtheentiretowerTherelationshipbetweentheefficiencyofsieveplatetower,determinetheoptimalexperimentalconditionsoffine.
Keywords:
Distillation;refluxratio;thetowerefficiency
引言：
精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。
精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作，也是化工原理课程的重要章节[2]。
分析运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时的分离效果变化，属于精馏的操作型问题[4]。
这类问题取材于工程实践，是培养工程观念、提高学生解决实际问题能力的好方法，但同时也成为学习的难点。
在工业生产中，充分掌握操作条件各类因素的影响，对提高产品的质量稳定生产，提高效益有重要的意义。
本研究从塔釜浓度、回流比、进料位置、全回流和部分回流等操作因素对数字型筛板精馏塔进行全面考察[1]，得出一系列可靠直观的结果，加深对精馏操作中一些工程概念的理解，对工业生产有一定的指导意义通过本实验我们得出了大量的实验数据，由计算机绘图找出最优一组实验参数,在这组参数下进行提纯将会节约大量能源，同时为今后开出的设计型、综合型、研究型的实验项目，为学生的创新性科研项目具有重要的教改意义[3]。
1.实验部分
实验目的
1.充分利用化工原理知识，对精馏过程多实验方案进行设计，并进行实验验证，得出实验结论，以掌握实验研究的方法；
2.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；
3.学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素；
4.测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识；
实验内容
1.研究在全回流条件下，开车过程中塔顶温度等参数随时间的变化情况及规律。
2.测定精馏塔在全回流条件下稳定操作时塔内温度和浓度沿塔高的分布，研究其分布情况及规律。
3.测定精馏塔在全回流时全塔理论塔板数、总板效率。
4.测定精馏塔在某一回流比时全塔理论塔板数、总板效率。
5.测定在部分回流时总板效率随回流比的变化情况。
6.测定在部分回流时总板效率随进料位置的变化情况。
实验材料与装置
物系：
乙醇---正丙醇
（1）、纯度：
分析纯或化学纯
（2）、料液浓度：
15—25%（乙醇的质量百分数）
精馏塔数据采集和过程控制实验装置
（1）装置总高度为1500mm，塔径为80mm，共有10块塔板
（2）分离物系：
乙醇-正丙醇
（3）浓度测量：
阿贝折射仪
料液浓度：
15~25%（乙醇质量百分数
实验步骤
实验前准备：
（1）将阿贝折光仪配套的超级恒温水浴调节运行所需温度（30℃），记录温度，检查取样用的注射器和擦镜头纸是否准备好
（2）用阿贝折光仪测出原料液的折射率；
（3）检查旋塞开关是否处于关闭，电表示数是否都为零。
（4）将原料装入原料槽中，打开进料阀，让液料（乙醇-正丙醇）从原料槽用泵输送，经过进入塔釜内，根据磁翻转液面计，当液面到达塔釜的2/3后，关闭进料阀门和流量计阀门。
全回流下操作
实验①.研究在全回流条件下，开车过程中塔顶温度等参数随时间的变化情况及规律。
Ⅰ打开塔顶冷凝器的冷却水，冷却水量要足够大（约8L/h）
Ⅱ记下室温值，接上电源闸（220V），按下装置上电源总开关。
Ⅲ调节加热电压为75V左右，待塔板上建立液层时，缓慢加大电压至100V，使塔内维持正常操作
Ⅳ确认塔顶出料阀门和各取样处于关闭状态，使全塔处于全回流状态
Ⅴ从操作稳定加热时起每隔1min记录一次塔顶温度、回流液温度和塔釜温度，待示数稍稳定后可隔较长时间读数。
至电表示数稳定为止。
数据记录于表1中。
实验②：
测定精馏塔在全回流条件下稳定操作时塔内温度和浓度沿塔高的分布，研究其分布情况及规律。
方法：
在实验①基础上，当稳定操作时，记录每块板上塔内的温度，并在每块板上取样，用阿贝折射仪测量浓度
实验③：
测定精馏塔在全回流时全塔理论塔板数、总板效率。
方法：
在实验①基础上，等各塔板上鼓泡均匀后，保持加热釜电压不变，在全回流情况下稳定20min左右，期间仔细观察全塔传质情况，带情况稳定后分别在塔顶、塔釜取样口用注射器同时取样，用阿贝折射仪分析样品浓度。
部分回流下操作
实验④：
测定精馏塔在某一回流比时全塔理论塔板数、总板效率。
Ⅰ打开塔釜冷却水阀门，冷却水流量以保证釜镏液温度接近常温为准；
Ⅱ将物料入量以（L/h）的流量加入塔内，用回流比控制调节器调节回流比R=4
Ⅲ馏出液收集在塔顶容量管中，塔釜产品经冷却后由溢流管流出，收集在容器内。
Ⅳ等操作稳定后，观察板上传质状况，记下加热电压、电流、塔顶温度等有关数据，整个操作中维持进料流量计读数不变，用注射器取下塔顶、塔釜和进料三处样品，用折光仪分析，并记录进原料液的温度（室温）。
实验⑤测定在部分回流时总板效率随回流比的变化情况。
方法：
在实验步骤④基础上，（物料入量都为h）调节回流比R为2和6，重复④实验步骤
实验⑥：
测定在部分回流时总板效率随进料位置的变化情况。
方法：
在实验D的基础上，改变进料板的位置，分别使进料从上中下进料口进料，重复实验D的步骤。
实验数据记录及处理
表一：
精馏塔在全回流条件下稳定操作时塔内温度和浓度沿塔高的分布
3
4
5
6
7
8
9
塔顶
塔釜
温度
表二：
全回流原始数据记录及数据处理表
序号
样品折射率
nD
样品质量分数WA
摩尔分数XA
理论板数
效率
塔顶
31%
原料
塔底
表三：
部分回流时原始数据记录及数据处理表
序号
样品折射率nD进料口/塔顶/塔底
样品质量分数WA
摩尔分数XF/D/w
理论塔板数/块
总板效率Ep
进料口
回流比r
流量（L/h）
表1
84%
中
4
2
表2
96%
中
4
3
表3
40%
中
4
4
表4
48%
中
3
2
表5
55%
中
2
2
表6
70%
上
4
3
表7
73%
下
4
3
序号
k
b
q（计算见下）
q线方程
表1
y=
表2
y=
表3
表4
y=
表5
y=
表6
y=
表7
y=
表1
846
46.
60
表2
846
46.
60
表3
846
46.
60
表4
846
46.
60
表5
846
46.
60
表6
846
46.
60
表7
846
46.
60
rm
Cpm
q
表1
表2
表3
表4
表5
表6
表7
数据处理演算｛以第一组数据为例｝
全回流下
q线方程求解：
由图1可知，
进料温度t=28℃在
=的进料热状况下，
混合液体的泡点温度为：
℃。
乙醇在平均温度：
℃，在此温度下
乙醇的比热容Cp=KJ/（Kg*k）；
正丙醇比热容Cp=（Kg*k）（查化工原理上册附图4液体比热融共线图），
℃下
乙醇在的汽化热r1=770KJ/Kg，
正丙醇的汽化热r2=505KJ/Kg。
（查化工原理上册附图6汽化热共线图）
所以：
混合液体比热容：
；
混合液体汽化热:
因此：
q=
=
=
故q线方程为：
⑵、已知R=∞，XD=,
则精馏段操作方程为：
⑶、作图求理论板数
由图可知，理论板数，则：
=31%
部分回流下｛以第一组数据为例｝
①由折射率求出质量分数
式中，
——乙醇的质量分数；
——折光率。
ωf=ωd=ωw=
②由质量分数
求摩尔分数
③物料衡算
Χf=χd=χw=
式中，
——原料液流量，kmol/h;
——塔顶产品（馏出物）流量，kmol/h；
——塔底产品（釜残液）流量，kmol/h；
——原料液中易挥发组分的摩尔分数；
——馏出液中易挥发组分的摩尔分数；
——釜残液中易挥发组分的摩尔分数。
④求出操作线方程
精馏段：
提馏段：
回流比：
R=4D=50mm
式中，
——提馏段下降液体流量，kmol/h。
⑤求出q线方程
式中，
——进料温度，℃；
——进料泡点温度，℃；
——进料液体在平均温度（
+
）/2下的比热容，KJ/（kmol·℃）;
，
——分别为纯组分A和B在平均温度（
+
）/2下的比热容，KJ/（kmol·℃）;
——进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热。
KJ/kmol;
，
——分别为纯组分A和B在泡点温度下的汽化潜热。
KJ/kmol;
，
——分别为纯组分A和B的摩尔质量，Kg/kmol;
，
——分别为纯组分A和表-1常压下乙醇—正丙醇汽液平衡数据
X
0
1
Y
0
1
根据数据，用chemCAD软件模拟常压下乙醇—正丙醇t-x-y图如下
图一常压下乙醇—正丙醇t-x-y图
q线方程求解：
由图1可知，
进料温度t=28℃在
=的进料热状况下，
混合液体的泡点温度为：
℃。
乙醇在平均温度：
℃，在此温度下
乙醇的比热容Cp=KJ/（Kg*k）；
正丙醇比热容Cp=（Kg*k）（查化工原理上册附图4液体比热融共线图），
℃下
乙醇在的汽化热r1=Kg，
正丙醇的汽化热r2=Kg。
（查化工原理上册附图6汽化热共线图）
所以：
混合液体比热容：
=
=
因此：
q=
=
故q线方程为：
y=全塔效率
=
10=84%
实验结果分析结论
1在全回流条件下稳定操作时，塔内的温度随塔高的增加而降低。
2在部分回流操作时，维持回流比R一定，增加原料液流量，
、
和理论塔板数与原料液流量的大小没有必然的关系。
因为
和
取决于气液平衡关系（
）、
、q、R和理论塔板数（适宜的进料位置）等因素。
3在部分回流操作时，维持回流原料液流量一定，随着回流比R的减小，
逐渐减小，
逐渐增大，理论板数和全塔效率都逐渐减小。
其它条件不变，从中间进料口进料时效率最高。
维持R不变在相同的进料口进料，流量3l/h时效率最高。
4在实验中对折光率的测定等一些操作的失误导致实验结果有偏差。
参考文献
[1]陈秀宇，余美琼，陈国奋，杨金杯，陈文韬.筛板精馏塔实验操作条件的改进[J].《福建师范大学福清分校学报》，2011年第2期总第104期.
[2]段毅文，板式精馏塔的塔板效率[j].内蒙古石油化工2006年第12期
[3]杜佩衡吴兆亮.筛板精馏塔回流比的优化设计[J].河北工学院学报，1989，2期第18卷
[4]尚小琴，陈胜洲，邹汉波.化工原理实验[M].北京：
化学工业出版社，.
[5]夏清，贾绍义.化工原理（下册）[M].天津：
天津大学出版社，.
[6]刘艳升.板式塔的操作分析
（1）--关于精馏塔操作限制的新认识.炼油技术与工程.2004,34（7）
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