乙醇水精馏塔实验.docx
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乙醇水精馏塔实验
乙醇-水精馏塔实验
一、实验目的:
1.了解板式精馏塔的结构和操作。
2.学习精馏塔性能参数的测量方法,并掌握其影响因素。
二、实验内容:
1.测定精馏塔在全回流条件下,稳定操作后的全塔理论塔板数和总板效率。
2.测定精馏塔在部分回流条件下,稳定操作后的全塔理论塔板数和总板效率。
三、实验原理:
对于二元物系,如已知其汽液平衡数据,则根据精馏塔的原料液组成,进料热状况,操作回流比及塔顶馏出液组成,塔底釜液组成可以求出该塔的理论板数NT.按照式1可以得到总板效率ET,其中NP为实际塔板数。
ET
(1)
部分回流时,进料热状况参数的计算式为
(2)
式中:
tF—进料温度,℃。
tBP—进料的泡点温度,℃。
Cpm—进料液体在平均温度(tF+tP)/2下的比热,kJ/(kmol?
℃)
rm—进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热,kJ/kmol
kJ/(kmol?
℃)(3)
kJ/kmol(4)
式中:
CP1,CP2—分别为纯组份1和组份2在平均温度下的比热,kJ/(kg?
℃)。
r1,r2—分别为纯组份1和组份2在泡点温度下的汽化潜热,kJ/kg。
M1,M2—分别为纯组份1和组份2的摩尔质量,kJ/kmol。
x1,x2—分别为纯组份1和组份2在进料中的摩尔分率。
四、实验装置基本情况:
1.实验设备流程图(如图1所示):
图1精馏实验装置流程图
1-储料罐;2-进料泵;3-放料阀;4-加热器;5-直接进料阀;6-间接进料阀;7-进料流量计;8-高位槽;9-玻璃观察段;10-精馏塔;11-塔釜取样阀;12-釜液放空阀;13-塔顶冷凝器;14-回流比流量计;15-塔顶取样阀;16-塔顶液回收罐;17-放空阀;18-冷却水流量计;19-塔釜储料罐;20-塔釜冷凝器;21-第8块板进料阀;22-第9块板进料阀;23-第10块板进料阀;24-液位计;25-料液循环阀;26-釜残液出料阀;27-进料入口阀;28-指针压力表
2.实验设备主要技术参数:
精馏塔实验装置结构参数见表1:
表1精馏塔结构参数
名称
直径
(mm)
高度
(mm)
板间距
(mm)
板数
(块)
板型、孔径(mm)
材质
塔体
Φ76×
100
100
11
筛板
不锈钢
塔釜
Φ220×2
400
不锈钢
塔顶冷凝器
Φ89×
600
不锈钢
塔釜
冷凝器
Φ57×
300
不锈钢
表2乙醇─水t-x-y关系(以乙醇摩尔分率表示,x-液相,y-气相)
摩尔分数x
摩尔分数y
t/℃
100
乙醇沸点:
78.3℃;水沸点:
100.0℃.
3.实验仪器及试剂:
(1)实验物系:
乙醇─水(本试验也可用乙醇-正丙醇物系);
(2)实验物系纯度要求:
化学纯或分析纯;
(3)实验物系平衡关系见表2;
(4)实验物系浓度要求:
15-25%(乙醇质量百分数),浓度分析使用酒精计,酒精计为体积分数,通过查《酒精体积分数、质量分数、密度对照表》可得酒精的质量分数W,通过质量分率求出摩尔分率(XA),公式如下:
乙醇分子量MA=46;水分子量MB=18
3.实验设备面板图(如图2所示):
图2精馏设备仪表面板图
五、实验方法及步骤:
1.实验前检查准备工作:
配制一定浓度(质量浓度20%左右)的乙醇─水混合液(总容量25升左右),倒入储料罐中。
打开进料入口阀27,其余阀门关闭,启动进料泵2,打开料液循环阀25,使料液混合均匀,混合均匀后将料液循环阀25打至半开,将直接进料阀全开,放空阀12全开,进行进料,一般在塔釜总高2/3处。
然后关闭进料阀门和进料泵。
2.实验操作:
(1)全回流操作:
①打开塔顶冷凝器进水阀门,保证冷却水足量(160L/h即可)。
②记录室温。
接通总电源开关(220V)。
③调节加热电压约为150伏,待塔板上建立液层后再适当加大电压至170V,使塔内维持正常操作。
④当各块塔板上鼓泡均匀后,保持加热釜电压不变,在全回流情况下稳定
20分钟左右。
期间要随时观察塔内传质情况直至操作稳定。
然后分别在塔顶、塔釜取样口用100ml量筒同时取样,通过酒精计分析样品浓度。
(2)部分回流操作:
①打开间接进料阀门和进料泵,调节转子流量计,以(L/h)的流量向塔内加料,打开进料加热开关,调节到合适的进料温度,用回流比流量计调节回流比为R=3,馏出液收集在塔顶液回收罐中。
②塔釜产品经冷却后由溢流管流出,收集在容器内。
③待操作稳定后,观察塔板上传质状况,记下加热电压、塔顶温度,塔釜压力等有关数据,整个操作中维持进料流量计读数不变,分别在塔顶、塔釜和进料三处取样,用酒精计其浓度并记录下进塔原料液的温度。
(3)实验结束
①取好实验数据并检查无误后可停止实验,此时关闭进料阀门和加热开关,关闭回流比流量计阀门。
②停止加热后10分钟再关闭冷却水,一切复原。
③根据物系的t-x-y关系,确定部分回流条件下进料的泡点温度,并进行数据处理。
六、实验注意事项:
1.由于实验所用物系属易燃物品,所以实验中要特别注意安全,操作过程中避免洒落以免发生危险。
2.本实验设备加热功率由仪表自动调节,注意控制加热升温要缓慢,以免发生爆沸(过冷沸腾)使釜液从塔顶冲出。
若出现此现象应立即断电,重新操作。
升温和正常操作过程中釜的电功率不能过大。
3.开车时要先接通冷却水再向塔釜供热,停车时操作反之。
4.检测浓度使用酒精计,使用方法见说明书。
5.为便于对全回流和部分回流的实验结果(塔顶产品质量)进行比较,应尽量使两组实验的加热电压及所用料液浓度相同或相近。
连续开出实验时,应将前一次实验时留存在塔釜、塔顶、塔底产品接受器内的料液倒回原料液储罐中循环使用。
七、实验数据记录
表4精馏实验原始数据
实际塔板数:
11实验物系:
乙醇-水
全回流:
R=∞,
塔釜压力=kPa
部分回流:
R=3进料量:
4l/h
进料温度:
60℃
塔顶组成
塔釜组成
塔顶组成
塔釜组成
进料组成
体积分数
附录《酒精体积分数、质量分数、密度对照表》
体积分数
质量分数
体积分数
质量分数
体积分数
质量分数
0
0
67
34
1
68
35
2
69
36
3
70
37
4
71
38
5
72
39
6
73
40
7
74
41
8
75
42
9
76
43
10
77
44
11
78
45
12
79
46
13
80
47
14
81
50
15
82
51
16
83
52
17
84
53
18
85
54
19
86
55
20
87
56
21
88
57
22
89
58
23
90
59
24
91
60
25
92
61
26
93
62
27
94
63
28
95
64
29
96
65
30
97
66
31
98
32
99
33
100
100