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.测定精馏塔在局部回流条件下,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，如其汽液平衡数据，如此根据精馏塔的原料液组成，进料热状况，操作回流比与塔顶馏出液组成，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〕
局部回流时，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、实验装置根本情况:
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
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/℃
0.000
0.000
100
0.050
0.310
0.100
0.430
0.200
0.520
0.300
0.575
0.400
0.614
0.500
0.657
0.600
0.698
0.700
0.755
0.800
0.820
0.894
0.894
0.950
0.942
1.000
1.000
℃℃.
3．实验仪器与试剂：
〔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精馏设备仪外表板图
五、实验方法与步骤：
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，进展进料，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）局部回流操作：
①打开间接进料阀门和进料泵，调节转子流量计,以3.0-4.0〔L／h）的流量向塔内加料，打开进料加热开关，调节到适宜的进料温度，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）实验完毕
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,确定局部回流条件下进料的泡点温度，并进展数据处理。
六、实验须知事项：
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,操作过程中防止洒落以免发生危险。
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。
假如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.为便于对全回流和局部回流的实验结果（塔顶产品质量）进展比拟,应尽量使两组实验的加热电压与所用料液浓度一样或相近。
连续开出实验时,应将前一次实验时留存在塔釜、塔顶、塔底产品承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
局部回流：
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
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