实验研究报告样本精馏塔性能实验一.docx
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实验研究报告样本精馏塔性能实验一
实验报告
姓名：
学号：
报告成绩：
课程名称
化工原理实验
实验名称
实验八精馏塔性能实验
班级名称
组别
同组者
指导教师
实验日期
教师对报告地校正意见
一、实验目地
⒈了解板式精馏塔地基本构造、精馏设备流程及各个部分地作用,观察精馏塔工作时塔板上地水力状况.
⒉学习精馏塔性能参数地测量方法,并掌握其影响因素.
二、实验内容
⒈测定精馏塔在全回流条件下,稳定操作后地全塔理论板数和总板效率.
⒉测定精馏塔在全回流条件下,稳定操作后地相邻两块板地单板效率.
3.测定精馏塔在某一回流比下,稳定操作后地全塔理论塔板数和总板效率.
三、实验原理
对于二元物系,如已知其气液平衡数据,则根据精馏塔地原料液组成、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地理论板数NT.按照式（8-1）可以得到总板效率ET,其中NP为实际塔板数.
（8-1）
理论板数NT可由图解法求得
部分回流时,进料热状况参数地计算式为
（8-2）
单板效率Em
Em是指气相或液相经过一层实际塔板前后地组成变化与经过一层理论板前后地组成变化地比值.
按液相组成变化表示地单板效率为：
式中：
---与yn成平衡地液相组成.
四、实验装置：
实验装置为七层塔板精馏塔、阿贝折光仪.
五、实验条件：
本实验采用乙醇—正丙醇二元物系,乙醇质量浓度20%左右.乙醇沸点：
78.3℃；正丙醇沸点：
97.2℃,乙醇分子量MA=46;正丙醇分子量MB=60.30℃下使用阿贝折光仪测定液相折光率计算液相组成.
六、实验步骤
a）、实验前准备工作、检查工作：
1．将与阿贝折光仪配套地超级恒温水浴调整运行到30℃.
2．检查实验装置上地各个旋塞、阀门均应处于关闭状态,电流、电压表及电位器位置均应为零.
3．将配制好地乙醇—正丙醇混合液（总容量6000毫升左右）,然后倒入高位瓶（指导教师事前做好这一步）.
4．打开进料转子流量计地阀门,向精馏塔釜内加料到指定地高度（冷液面在塔釜总高约2/3处）,而后关闭流量计阀门；
b）、人工实验操作
1．全回流操作
①打开塔顶和塔釜冷凝器地冷却水,冷却水量约8升/分钟）.记下室温值.
②打开总电源开关.设定加热电压：
100V左右,预热10分钟,待塔板上建立液层时,加大加热电压至140V,使塔内维持正常操作.
③在全回流情况下稳定20分钟左右（期间注意观察塔顶温度,应该基本保持稳定,温度显示选择开关在0时为塔顶温度,在6时为进料温度）,待操作稳定后分别在塔顶、塔釜取样口用注射器和容器同时取样,用阿贝折射仪分析样品浓度.（每个点采2次样,测定后取平均值.）
④在n层板及n-1层板取样品,用阿贝折射仪分析样品浓度,求单板效率.
2、部分回流操作
①调节进料转子流量计阀,以2.0（L/h）地流量向塔内加料；用回流比控制调节器调节回流比R＝4（设置显示104）；馏出液收集在塔顶容量管中,打开塔釜溢流管开关,塔釜产品经冷却后由溢流管流出,收集在容器内.
②整个操作中维持进料流量计读数不变,等操作稳定后,记下加热电压、电流、塔顶温度等有关数据,用注射器或容器取塔顶、塔釜和进料三处样品,用折光仪分析,并记录进原料液地温度（温度显示选择开关在6时为进料温度）.
3、实验结束
①检查数据合理后,停止加料并关闭电加热；关闭回流比调节器开关.
②停止加热后10分钟,关闭冷却水,一切复原.
七、数据处理
根据表8-1（温度─折光指数─液相组成之间地关系）及30℃下质量分率与折光指数地回归式计算.
表8-1温度─折光指数─液相组成之间地关系（30℃）
液相组成
0
0.05052
0.09985
0.1974
0.295
0.3977
0.497
0.599
折光指数
1.3809
1.3796
1.3784
1.3759
1.3755
1.3712
1.369
1.3668
（续表8-1）
液相组成
0.6445
0.7101
0.7983
0.8442
0.9064
0.9509
1
折光指数
1.3657
1.364
1.362
1.3607
1.3593
1.3584
1.3574
图130℃折光指数——液相组成关系图
30℃下质量分率与折光仪指数读数之间地回归式：
Ｗ＝58.844116－42.61325×nD
其中W为乙醇地质量分率;nD为折光仪读数（折光指数）
由质量分率求摩尔分率（XA）:
其中：
乙醇分子量MA=46;正丙醇分子量MB=60
乙醇——正丙醇物系地t-x-y关系见表8-2
表8-2乙醇——正丙醇t-x-y关系
t
97.67
93.85
92.66
91.6
88.32
86.25
84.98
84.13
83.06
80.5
78.38
x
0
0.126
0.188
0.210
0.358
0.461
0.546
0.666
0.633
0.884
1
y
0
0.240
0.318
0.349
0.550
0.650
0.711
0.760
0.799
0.914
1
按表8-2（乙醇——正丙醇t-x-y关系）绘制T-X-Y相图（见图2）、X-Y平衡曲线（见图3）
图2T-X-Y平衡相图
精馏实验测定数据见原始记录表.
计算结果见实验数据表.
实验装置:
第1套实际塔板数:
7物系:
乙醇--正丙醇
加热电压:
140V
全回流R=∞塔顶温度:
79.2
部分回流:
R=4进料量:
2L/H塔顶温度:
80进料温度:
21.8泡点温度:
89.8
塔顶组成
塔釜组成
N层板
N-1层板
塔顶组成
塔釜组成
进料组成
折光指数
1.3591
1.3765
1.3666
1.3634
1.3600
1.3764
1.3752
质量分率
0.9284
0.1870
0.609
0.7452
0.8901
0.1912
0.2424
摩尔分率
0.9442
0.2308
0.6700
0.7923
0.9135
0.2357
0.2944
计算实例：
1、求乙醇地质量分率及摩尔分率：
以全回流塔顶组成为例
W=58.844116-42.61325×1.3591=0.9284
X=（0.9284/46）/（（0.9284/46）+（1-0.9284）/60）=0.9442
2、计算精馏塔在全回流条件下,稳定操作后地全塔理论板数和总板效率
总板效率ET按下式计算：
其中NP为实际塔板数,NT为塔地理论板数.
图解法求理论板数：
根据测值已知：
xD=0.9442,xw=0.2308
精馏段操作方程：
y=（Rx/（R+1）+xD/（R+1）,对角线方程y=x,全回流时R=∞,没有提馏段,操作线与对角线重合,理论板数为最少N=Nmin,Nmin,可在x-y图上地平衡线与对角线上直接图解求得.NT=3.8（见图3）
总板效率Er=3.8/7*100%=54.3%
图3全回流图解法求理论板数
3、精馏塔在全回流条件下,稳定操作后地相邻两块板地单板效率
单板效率Em按液相组成变化表示地计算公式如下：
xn*为与yn成平衡地液相组成.
xn-1=0.7923,xn=0.6700,yn与xn-1满足操作关系,xn*与yn满足平衡关系,yn=Xn-1=0.7923,
从图2可得xn*=0.618
Emln=（0.7923-0.6700）/（0.7923-0.618）=70.17%
页
4、计算精馏塔回流比R=4,稳定操作后地全塔理论塔板数和总板效率
根据测值已知：
xD=0.9136,xw=0.2357,xF=0.2944
精馏段操作方程：
y=（Rx/（R+1）+xD/（R+1）=0.8x+0.182,对角线方程y=x.
操作线与对角线地交点：
x=xD,y=xD,见图中a点.截距为xD/（R+1）=0.182,绘制精馏段操作线a-b.
进料方程：
y=qx/（q-1）-xF/（q-1）=4.268x-0.9622.（通过查表计算得q=1.306.见后附q值地计算）
联立进料方程与精馏段操作方程,求得交点d（0.3301,0.4468）,
进料方程与对角线地交点e（x=xF,y=xF）.过e,d两点绘q线.
提馏段操作线与对角线地交点为x=xW,y=xW.见图中c点.与精馏段操作线交于d
连接c-d点即为提馏段操作线.见图4
图4部分回流图解法求理论板数
图解法求理论板数NT=7-1=6
总板效率η=NT/NP=6/7=85.7%
附：
q值地计算：
进料热状况参数
tF—进料温度,℃.21.8℃
tB—进料地泡点温度,℃.89.8℃.（见图2）
Cpm—进料液体地平均摩尔热容,kJ/（kmol．℃）.
页
rm—进料液体地平均摩尔汽化潜热,kJ/kmol.
Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2,kJ/kmol．℃（8-3）
rm=r1M1x1+r2M2x2,kJ/kmol（8-4）
式中：
Cp1,Cp2——分别为纯组份1和组份2在平均温度（tF+tB）/2下地比热,（kJ/kg．℃）.
（tF+tB）/2=（21.8+89.8）/2=55.8℃（55.8+273.15≈330K）.
在液体比热容共线图（教材上册P346）上查出相应地比热容.
Cp1（乙醇）=3.04kJ/（kg．K）,Cp2（正丙醇）=2.85（kJ/kg．K）.
在液体比热容共线图（教材上册P346）上查出相应地比热容.（注：
kJ/kg．K与kJ/kg．℃相当）
在汽化热共线图（教材上册P350）上查出相应地汽化热.乙醇临界温度tc=243℃（tc-t=243-89.8=144.2）,正丙醇临界温度tc=264℃（tc-t=264-89.8=174.2）
r1=850（kJ/kg）,r2=680（kJ/kg）kJ/kg.
r1,r2——分别为纯组份1和组份2在泡点温度下地汽化潜热.
M1,M2——分别为纯组份1和组份2地摩尔质量,kg/kmol.M1=46,M2=60
x1,x2——分别为纯组份1和组份2在进料中地摩尔分率.
x1=0.2944,x2=1-x1=0.7056
计算q值：
Cpm=Cp1M1x1+Cp2M2x2=3.04*46*0.2944+2.85*60*0.7056=43.21+118.16=161.37
rm=r1M1x1+r2M2x2=850*46*0.2944+680*60*0.7056=12081.9+28192.8=40274.7
=（161.37*（93.84-17.5）+40274.7）/40274.7=1.306
八、结果与讨论
页
实验原始记录
表1精馏实验原始记录表
实验装置：
装置一实际塔板数：
七层物系：
乙醇—正丙醇二元物系,乙醇质量浓度20%左右.
全回流：
R=∞加热电压：
140V
塔顶温度：
79.2
部分回流：
R=4进料量：
2L/H
塔顶温度：
80进料温度：
21.8
泡点温度：
塔顶组成
塔釜组成
n层板
n-1层
塔顶组成
塔釜组成
进料组成
折光指数
1
1.3590
1.3765
1.3767
1.3634
1.3602
1.3765
1.3750
折光指数
2
1.3592
1.3765
1.3765
1.3634
1.3598
1.3763
1.3754
折光指数
1.3591
1.3765
1.3666
1.3634
1.3600
1.3764
1.3752
年月日
指导教师评定意见
实验
成绩
指导教师签名
页
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