精馏实验实验报告.docx
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精馏实验实验报告
精馏实验实验报告
姓名
班级
学号
一、实验预习报告
二、实验预习思考
1.实验前，请想象并尝试描述气速与整塔压降的关系？
依照教材P228页，当液体喷淋量为零时，压降与空塔气速呈直线关系，与气体以湍流形式流过管道的关系类似；有一定喷淋量时，压降因管道变窄增大，但几乎与无喷淋量时平行；过截点以后，气体对液体产生阻滞作用，填料表面持液量增多，压降随气速较快增长；过了泛点之后，液体变为连续相而气体变为分散相，阻力猛增。
2.实验前，请同学们回顾精馏塔的塔板与填料的发展历程？
舌形塔板
斜孔塔板
鼓泡式塔板
散堆填料
规整填料
3.实验前，请尝试回答精馏操作过程中，使混合物较彻底分离的基本条件？
1、相对挥发度差异较大；
2、每一块板能使气液充分接触；
3、塔高足够高；
4、再沸器与冷凝器温度稳定；
5、混合物不形成共沸物；
6、运行规范稳定，不出现漏液、烨沫夹带、气泡夹带、液泛等非规范操作；
7、加料不反混；
二、实验记录
包括操作条件、实验现象、原始数据表，要求数据的有效数字、单位格式规范。
【原始数据表】
瓦数/kw
塔顶T/℃
塔釜T/℃
冷凝液T/℃
塔顶回流L/h
冷凝水回流L/h
3
78.1
87.5
24.3
6.4
47
5
77.8
86.5
33.3
18.9
197
6
77.9
87.8
35.1
24.0
127
7
77.8
88.1
35.8
18.0
149
7
77.9
87.8
35.7
28.0
147
瓦数/kw
次数
塔顶组成/%
塔釜组成/%
3
1
18.75
81.25
86.30
13.70
2
15.53
84.47
88.83
13.17
5
1
12.52
88.48
88.20
11.80
2
13.12
86.88
89.10
10.90
6
1
11.91
88.09
88.35
11.65
2
11.71
88.29
88.14
11.86
7
1
12.14
87.85
88.60
11.33
2
11.78
88.22
89.23
10.77
7
1
13.57
86.42
89.07
10.93
2
12.57
87.42
89.33
10.67
【数据处理】
※空塔气速
首先根据测得的回流液流量求空塔气速。
由于实验中采取全回流的方式，回流液质量流量与蒸气质量流量相同。
实验中转子流量计已经将实际溶液的流量转换为水的流量，由公式
（1）
将读数转换为实际回流夜的流量。
其中：
取转子密度，近似为铁质，取密度7900kg/m3，
取20oC水的密度，
取回流温度下混合液体的密度。
水取998kg/m3，乙醇取789kg/m3。
塔顶、塔釜的溶液组成取两次实验的平均值，并依据公式
计算不同温度下回流液密度，得到数据如下：
表一、不同功率下的回流液密度
瓦数/kw
塔顶组成/%水
回流液密度kg/m^3
3
17.14
818.3751
5
12.82
810.7671
6
11.81
809.0087
7
23.92
830.6076
7
13.07
811.2035
将所得到的回流液密度带入公式
（1），即可得到回流液体积，体积和密度均已知，则可以得到回流液质量。
因为全回流，所以根据物料守恒，上升蒸汽的质量与回流液质量相等。
表二、不同功率下的回流液质量流量
瓦数/kw
回流液体积流量L/h
回流液质量流量kg/h
3
7.3
5.9791
5
21.6
17.4929
6
27.4
22.1651
7
20.5
17.0676
7
32.0
25.9294
将回流液流量转换为同条件下的蒸气流量，温度以塔顶、塔釜平均温度计，气压以一个大气压计，利用公式
其中
，得如下表:
功率/kw
平均温度/℃
回流液质量流量/kg/m^3
塔顶组成/%水
空塔气速m/s
3
82.80
5.9791
17.14
0.1635
5
82.15
17.4929
12.82
0.4521
6
82.85
22.1651
11.81
0.5664
7
82.95
17.0676
23.92
0.5057
7
82.85
25.9294
13.07
0.6736
【实验分析】
可以看出，第四组实验有很大误差，因为做第四组实验时，前后实验条件差异较大，从而造成实验操作条件不稳定，所以得到的数据有很大偏差，故应舍去第四组实验数据。
从以上实验数据可以看出，在正常工作状态下，塔内的平均温度始终保持在82℃左右，偏差较小，使实验保持在稳定条件下进行操作。
另外，随着功率增大，回流液质量逐渐增多，不难理解，功率增大，釜液吸收的热量增多，上升蒸汽的量也就会增多，从而也能理解空塔气速也会随功率增大而升高。
在全回流操作下，回流液的量也就会增多。
功率改变，塔的单板效率以及塔效率也会改变，所以在塔设备参数不变的情况下，改变功率输入，分离效果也就会不一样。
3、不同功率下的总板效率
首先将实验测得塔顶、塔釜组成转换为摩尔分数，得如下表：
表四.不同功率下的塔顶与塔釜组成
功率/kw
塔顶组成wt/%乙醇
塔顶乙醇摩尔分数
塔釜组成wt/%乙醇
塔釜乙醇摩尔分数
3
82.86
0.65418
13.44
0.05728
5
87.18
0.72685
11.35
0.04771
6
88.19
0.74503
11.76
0.04957
7
76.08
0.55448
11.05
0.04646
7
86.93
0.72242
10.8
0.04523
根据课本习题所附的常压下乙醇-水体系的平衡数据绘制得到的平衡曲线如下；由于采用全回流，所以操作线近似与对角线重合，绘图如下：
利用图解法，画出不同功率下的理论板数：
3kw时的理论板数
4kw时的理论板数
6kw时的理论板数
7kw时理论板数
分析两组加热功率为7kw时的数据：
两组数据总体而言相差不大，相比之下，第二组实验数据的塔顶和塔釜的乙醇组成均偏低（可能是由于等待时间较长挥发的乙醇较多），使用理论板数均介于2和3之间（除去再沸器）。
测两组数据的原因是在功率较小时塔顶的乙醇组成随着功率增加的变化关系是单调增加的，但在测第一次7kW数据时发现此时的塔顶乙醇组成减少，因此为了验证塔顶组成随功率变化的关系是否单调进行了第二组实验，结果发现塔顶乙醇组成相比功率较低时依然是减少的。
因此可以得出结论：
塔顶组成随着功率的变化不是单调函数关系，在某个功率处塔顶的组成达到峰值。
但是由于第一次7kw的数据塔顶的乙醇组分偏离较多，数据比第二组7kw的数据带有更高的不确定性，所以讨论7kw时的总板效率只取第二次的数据来讨论。
由公式：
最终得到空塔气速与总板效率的关系如下表：
功率/kw
空塔气速/m/s
理论板数NT（不含再沸器）
总板效率/%
3
0.1635
1.7
18.89
4
0.4521
2.6
28.89
6
0.5664
2.9
32.22
7
0.6736
2.7
30
用MATLAB三次样条插值绘制出总板效率与空塔气速的关系，从而能从图形中更加直观地得出结论。
结果分析：
可以很直观看出，随着空塔气速升高，板效率先增大后呈减小趋势。
也可以得到，随着塔釜加热功率的增大，塔顶轻组分含量先增大后减小。
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