四川大学化工原理实验报告.docx
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四川大学化工原理实验报告
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四川大学化工原理实验报告
篇一:
xxxx学院化工原理实验报告
贵州理工学院化工原理实验报告
学院:
化学工程学院专业:
化工职教班级:
化职131
篇二:
化工原理实验报告张
资源与环境工程学院
精馏分离实训报告
姓名:
张x
学号:
xxxxxxxxx
专业:
应用化工
班级:
xxx
指导教师:
张xx
20XX年12月
日24
目录
1.精馏实验
1.1精馏的原理
1.1.1精馏的分类
1.1.2精馏的计算方法
1.1.2.1概述
1.1.3理论塔板数的计算方法
1.1.3.1图算法
1.1.3.2捷算法
1.1.3.3严格计算法
1.2实验目的
1.3实验原理
1.4实验材料
1.5实验过程
1.6实验结果
2.总结
1.精馏实验
精馏是一种利用回流使液体混合物得到高纯度分离的蒸馏方法,是工业上应用最广的液体混合物分离操作,广泛用于石油、化工、轻工、食品、冶金等部门。
1.1精馏的原理双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。
典型的精馏设备是连续精馏装置,包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。
精馏塔供汽液两相接触进行相际传质,位于塔顶的冷凝器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液作为回流液返回塔底,其余馏出液是塔顶产品。
位于塔底的再沸器使液体部分汽化,蒸气沿塔上升,余下的液体作为塔底产品。
进料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段来的液体一起沿塔下降,进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。
在整个精馏塔中,汽液两相逆流接触,进行相际传质。
液相中的易挥发组分进入汽相,汽相中的难挥发组分转入液相。
对不形成恒沸物的物系,只要设计和操作得当,馏出液将是高纯度的易挥发组分,塔底产物将是高纯度的难挥发组分。
进料口以上的塔段,把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓,称为精馏段;进料口以下的塔段,从下降液体中提取易挥发组分,称为提馏段。
两段操作的结合,使液体混合物中的两个组分较完全地分离,生产出所需纯度的两种产品。
当使n组分混合液较完全地分离而取得n个高纯度单组分产品时,须有n-1个塔。
精馏之所以能使液体混合物得到较完全的分离,关键在于回流的应用。
回流包括塔顶高浓度易挥发组分液体和塔底高浓度难挥发组分蒸气两者返回塔中。
汽液回流形成了逆流接触的汽液两相,从而在塔的两端分别得到相当纯净的单组分产品。
塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比,称为回流比,它是精馏操作的一个重要控制参数,它的变化影响精馏操作的分离效果和能耗。
1.1.1精馏的分类精馏操作按不同方法进行分类。
根据操作方式,可分为连续精馏和间歇精馏;根据混合物的组分数,可分为二元精馏和多元精馏;根据是否在混合物中加入影响汽液平衡的添加剂,可分为普通精馏和特殊精馏(包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精馏)。
若精馏过程伴有化学反应,则称为反应精馏。
1.1.2精馏的计算方法1.1.2.1概述
主要是精馏塔的计算。
不论是板式塔或是填充塔,通常都按分级接触传质的概念来计算理论板数。
对于双组分精馏塔的设计计算,通常给定的设计条件有:
液体混合物(料液)的量F和浓度xf(以易挥发组分的摩尔分率表示),以及塔顶和塔底产品的浓度xd和xw。
计算所需的理论板数nT和实际板数np。
计算前必须先确定合理的回流比。
1.1.3理论塔板数的计算方法
1.1.3.1图算法
最常用的是麦凯勃-蒂利图解法(美国w.L.麦凯勃和e.w.蒂利在1925年合作设计的双组分精馏理论板计算的图解方法)用于双组分精馏计算。
此法假定流经精馏段的汽相摩尔流量V和液相摩尔流量L以及提馏段中的汽液两相流量V′和L′都保持恒定。
此假定通常称为恒摩尔流假定,它适用于料液中两组分的摩尔汽化潜热大致相等、混合时热效应不大、而且
两组分沸点相近的系统。
图解法的基础是组分的物料衡算和汽液平衡关系。
取精馏段第n板至塔顶的塔段为对象,作易挥发组分物料衡算得:
式中D为塔顶产品流量;xn为离开第n板的液相浓度;yn+1为离开
第n+1板的汽相浓度。
此式称精馏段操作线方程,在y-x图上是斜率
为L/V的直线。
同样取提馏段第m板至塔底的塔段为对象,作易挥发
组分物料衡算得:
式中D为塔底产品流量。
此式称为提
馏段操作线方程。
将汽液平衡关系和两条
操作线方程绘在y-x直角坐标上。
根据理论板的定义,离开任一塔板的汽
液两相浓度xn与yn,必在平衡线上,根据
组分的物料衡算,位于同一塔截面的两相浓度xn与yn+1,必落在相应塔段的操作线上。
在塔顶产品浓度xd和塔底产品浓度xw范围内,在平衡线和操作线之间作梯级,每梯级代表一块理论板,总梯级数即为所需的理论板数nT,跨越两操作线交点的梯级为加料板。
计入全塔效率,即可算得实际板数np(见级效率);或根据等板高度,从理论板数即可算出填充层高度(见微分接触传质设备)。
1.1.3.2捷算法
用作粗略估算,首先根据芬斯克方程,(美国m.R.芬斯克1932年建立的全回流理论板数计算方程)算出采用全回流操作达到给定产品浓度xd和xw所需的最少理论板数nmin(包括再沸器):
式中α为待分离两组分间的全塔的平均相对挥发度,常取塔顶和塔底处的相对挥发度的几何平均值。
再由nmin、最小回流比Rmin和选用的回流比R,从吉利兰经验关联式(1940年美国e.R.吉利兰建立的计算理论板数关联式):
求出所需的理论板数nT。
对于相对挥发度在全塔接近常数的系统,即接近于理想溶液的混合液的分离,捷算法较可靠,并可推广到估算多组分料液的精馏。
捷算法在作整个生产过程的优化计算时常被采用,以节省时间。
1.1.3.3严格计算法
随着精馏技术日趋成熟和生产规模的扩大,具有多股加料和侧线抽出等特殊功能以及具有侧塔和中间再沸器等的各种复杂的精馏塔(见精馏设备)相继出现。
现今越来越需要对精馏作出严格计算,以了解塔内温度、流量和浓度的变化,达到更合理的设计和操作。
电子计算机的应用,为严格计算法提供了条件。
各种严格计算法均基于四类基本方程:
即组分物料衡算式、汽液相平衡关系、归一方程(汽相及液相中各组分摩尔分率之和为1)和热量衡算方程。
对每块理论板都可以建立这些方程,组成一个高维的方程组,然后依靠电子计算机求解。
根据不同的指定条件,原则上此方程组可用于新塔设计或对现有塔的操作性能核算。
1.2实验目的
1、熟悉精馏的工艺流程,掌握精馏实验的操作方法。
2、了解板式塔的结构,观察塔板上气-液接触状况。
3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。
4、测定部分回流时的全塔效率。
5、测定全塔的浓度或温度分布。
6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。
1.3实验流程图
配料
↓
加料
↓
启动加热器
↓
原料升温
↓
温度达到原料沸点
↓
原料形成蒸汽
↓
塔顶温度升高
↓
开启冷凝水开关
↓
产品冷凝
↓
调整回流比
↓
采集产品
1.4实验原理
在板式精馏塔中,由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液,在塔板上实现多次接触,进行传热和传质,使混合液达到一定程度的分离。
回流是精馏操作得以实现的基础。
塔顶的回流量和采出量之比,称为回流比。
回流比是精馏操作的重要参数之一,其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。
回流比存在两种极限情况:
最小回流比和全回流。
若塔在最小回流比下操作,要完成分离任务,则需要有无穷多块塔板的精馏塔。
当然,这不符合工业实际,所以最小回流比只是一个操作限度。
若操作处于全回流时,既无任何产品采出,也无原料加入,塔顶的冷凝液全部返回塔中,这在生产中无实验意义。
但是,由于此时所需理论板数最少,又易于达到稳定,故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时采用。
实际回流比常取用最小回流比的1.2-2.0倍。
在精馏操作中,若回流系统出现故障,操作情况会急剧恶化,分离效果也将变坏。
板效率是体现塔板性能及操作状况的主要参数,有以下两种定义方法。
(1)总板效率e
篇三:
化工原理实验报告_阻力
管路阻力的测定
一、实验目的
1.学习直管阻力与局部阻力的测定方法。
2.学习计算并绘制直管摩擦系数?
与Re的关系曲线的方法。
3.学习确定局部阻力系数?
的方法。
二、实验原理
流体在管路中的流动阻力分为直管阻力和局部阻力两种。
直管阻力也称为表皮阻力,是流体流经一定管径的直管时,由于流体内摩擦而产生的阻力
?
?
pLu2
,(m)
(1)hf?
?
?
?
?
?
gd2g
局部阻力也称为形体阻力,是由于流体流经管路中的管件、阀门及管截面的突然扩大或缩
小等局部地方,由于边界层分离而产生旋涡所引起的能量损失
?
?
pu2
,(m)
(2)h?
?
?
?
?
g2g
f
管路的总能量损失等于管路中
所有以上两种阻力的加和
?
hf?
?
hf?
?
hf
本实验所用的装置流程图如图1所示,实验装置由并联的两个支路组成,一个支路用于测定直管阻力,另一个用于测定局部阻力。
图1.管路阻力测定实验装置流程图
1-底阀2-入口真空表3-离心泵4-出口压力表5-充水阀
6-差压变送器7-涡轮流量计8-差压变送器9-水箱
测定直管阻力所用管子的规格:
1#~2#实验装置:
直管内径为27.1mm,直管管长1m。
3#~8#实验装置:
直管内径为35.75mm,直管管长1m局部阻力的测定对象是两个阀门,一个闸阀,一个截止阀。
三、实验步骤
1.打开充水阀向离心泵泵壳内充水。
2.关闭充水阀、出口流量调节阀,启动总电源开关,启动电机电源开关。
3.打开出口调节阀至最大,记录下管路流量最大值,即控制柜上的涡轮流量计的读数。
4.调节出口阀,流量从大到小测取8次,再由小到大测取8次,记录各次实验数据,包括涡轮流量计的读数、直管压差指示值。
5.关闭直管阻力直路的球阀,打开局部阻力的球阀,测定在三个流量下的局部压差指示值。
6.测取实验用水的温度。
7.关闭出口流量调节阀,关闭电机开关,关闭总电源开关。
注意事项:
离心泵禁止在未冲满水的情况下空转。
四、数据处理与讨论
1.根据实验数据,计算直管摩擦系数?
及雷诺准数Re,然后在双对数坐标纸上标绘
?
?
Re的关系曲线所测实验数据及计算结果列于下表
以第三组数据作为计算举例
查表得:
水温为20.5?
c时,黏度?
=0.001pa?
s,密度?
=998kg/m3管内流速u
?
4Vs4?
6.92
?
?
1.92m/s
?
?
d23600?
3.14?
0.035752
根据公式
(2),直管阻力计算如下
?
pf?
d?
2?
?
g?
h?
d?
29.81?
90?
10?
3?
35.75?
10?
3?
2?
?
?
?
?
0.0172222
L?
?
?
uL?
?
?
u1?
1.92
雷诺数计算如下
Re?
du?
0.03575?
1.92?
998
?
?
68503?
6.85?
104?
0.001
根据以上计算结果,在对数坐标纸上绘制曲线如图2所示。
摩擦系数
0.01
Re
图2.实验测定?
-Re关系曲线
2.根据实验测定的压差数据,计算闸阀和截止阀的局部阻力系数?
的平均值。
将实验数据整理列于下表中
以第一组数据为例,计算如下根据公式
(2),局部阻力系数
?
pf?
2?
?
g?
h?
29.81?
298?
10?
3?
2?
?
?
?
1.232?
22
?
?
u?
?
u2.18
五、思考题
1.以水为工作流体所测得的?
?
Re关系能否适用于其他种类的牛顿型流体?
请说明原
因。
以水为工作流体所测得的?
?
Re关系可以适用于其它牛顿流体,因为该关系为无量纲准数关系式,其不受流体本身物性的影响。
2.如果要增加雷诺数的范围,可采取哪些措施?
如果要增加雷诺数的范围,可以增大管径、流速或流体的密度,或者减小流体的黏度。
3.测出的直管摩擦阻力与直管的放置状态有关吗?
请说明原因。
如果以柏努利方程作为标准,测定直管阻力不依赖于直管的放置方式,因为直管阻力只与流体的流动状态和管壁粗糙度有关,只是计算时需考虑两测压点处位能的变化。
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