化工原理筛板塔精馏实验报告docx.docx
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化工原理筛板塔精馏实验报告
篇一:
化工原理实验报告_精馏
化工原理实验报告
实验名称:
精馏实验班级:
生工xx姓名:
学号:
xxx同组人:
xxx日期:
xxx
精馏实验
一、摘要及关键词
摘要:
精馏是实现液相混合物液液分离的重要方法,而精馏塔是化工生产中进行分离过程的主要单元,板式精馏塔为其主要形式。
本实验在常温、常压下用工程模拟的方法模拟精馏塔在全回流的状态下的操作情况,从而计算总板效率和单板效率,并分析影响单板效率的主要因素,最终得以提高塔板效率。
关键词:
精馏,板式塔,理论板数,总板效率,单板效率
二、目的及任务
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,观察塔板上汽-液接触状况。
3、测定全回流时的全塔效率及单板效率。
三、基本理论及原理
在板式精馏塔中,由塔釜产生的蒸汽沿塔板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,进行传热与传质,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。
塔顶的回流液与采出量之比,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,也无任何原料加入,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,故常在工业装置中的开停车、排除故障及科学研究时采用。
实际回流比常取最小回流比的1.2~2.0倍。
在精馏塔操作中,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ee?
nne
式中e——总板效率;
n——理论板数(不包括塔釜);ne——实际板数。
(2)单板效率eml
eml,n?
xn?
1?
xn
*
xn?
1?
xn
式中eml,n——以液相浓度表示的单板效率;
xn,xn-1——第n块板和第(n-1)块板的液相浓度;xn*——与第n块板气相浓度相平衡的液相浓度;
总板效率与单板效率的数值常由实验测定。
单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。
物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因数。
当物系与板型确定后,可通过改变汽液符合达到最高的板效率;对于不同的板型,可以在保持相同的物系及操作条件下,测定其单板效率,以评价其性能优劣。
总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果,常用于板式塔中。
四、实验流程及仪表
本实验的流程如下图所示,主要有精馏塔、回流分配装置及测控系统组成。
1.精馏塔
精馏塔为筛板塔,全塔共八块塔板,塔身的结构尺寸为:
塔径∮(57×3.5)mm,塔板间距80mm;溢流管截面积78.5mm2,溢流堰高12mm,底隙高度6mm;每块塔板开有43个直径为1.5mm的小孔,正三角形排列,孔间距为6mm。
为了便于观察踏板上的汽-液接触情况,塔身设有一节玻璃视盅,在第1-6块塔板上均有液相取样口。
蒸馏釜尺寸为∮108mm×4mm×400mm.塔釜装有液位计、电加热器(1.5kw)、控温电热器(200w)、温度计接口、测压口和取样口,分别用于观测釜内液面高度,加热料液,控制电加热装置,测量塔釜温度,测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。
由于本实验所取试样为塔釜液相物料,故塔釜内可视为一块理论板。
塔顶冷凝器为一蛇管式换热器,换热面积为0.06m2,管外走蒸汽,管内走冷却水。
图1精馏装置和流程示意图
1—塔顶冷凝器;2—回流比分配器;3—塔身;4—转子流量计;5—视盅;6—塔釜;7—塔釜加热器;8—控温加热器;9—支座;10—冷却器;11—原料液罐;12—缓冲罐;
13—进料泵;14—塔顶放气阀
2.回流分配装置
回流分配装置由回流分配器与控制器组成。
控制器由控制仪表和电磁线圈构成。
回流分配器由玻璃制成,它由一个入口管、两个出口管及引流棒组成。
两个出口管分别用于回流和采出。
引流棒为一根∮4mm的玻璃棒,内部装有铁芯,塔顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下,在控制器的控制下实现塔顶冷凝器的回流或采出操作。
即当控制器电路接通后,电磁圈将引流棒吸起,操作处于采出状态;当控制器电路断开时,电磁线圈不工作,引流棒自然下垂,操作处于回流状态。
此回流分配器可通过控制器实现手动控制,也可通过计算机实现自动控制。
3.测控系统
在本实验中,利用人工智能仪表分别测定塔顶温度、塔釜温度、塔身伴热温度、塔釜加热温度、全塔压降、加热电压、进料温度及回流比等参数,该系统的引入,不仅使实验跟更为简便、快捷,又可实现计算机在线数据采集与控制。
4.物料浓度分析
本实验所用的体系为乙醇-正丙醇,由于这两种物质的折射率存在差异,且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系,故可通过阿贝折光仪分析料液的折射率,从而得到浓度。
这种测定方法的特点是方便快捷、操作简单,但精度稍低;若要实现高精度的测量,可利用气相色谱进行浓度分析。
混合料液的折射率与质量分数(以乙醇计)的关系如下。
40℃时m=58.2068-42.1941nd(1.3560 式中m——料液的质量分数; nd——料液的折射率。 五、操作要点 全回流时精馏操作实验测定: 1、对照流程图,熟悉精馏过程的流程,搞清仪表柜上按钮与各仪表对应的设备与测控点。 2、启动进料泵,向塔中供以乙醇—正丙醇料液,至塔釜高度的3/4左右。 3、启动塔釜加热及塔身伴热,塔顶冷凝器冷却水控制阀处于开启状态。 4、适当调节加热电压,一段时间后,待塔操作参数稳定后,在塔顶、塔釜及相邻两块塔板上取样,用阿贝折光仪进行分析,测取两组数据。 5、实验完毕,停止加料,关闭塔釜加热及塔身伴热,切断电源,清理现场。 六、数据整理与计算示例 在全回流、加热电压为86v的条件下测得以下数据: 以塔顶数据为例,计算过程如下: 1)摩尔分率计算 塔顶平均折光率nd=(nd1+nd2+nd3)/3=(1.3619+1.3618+1.3618)/3=1.36183塔顶料液质量分数m=58.2068-42.1941nd=58.2068-42.1941×1.36183=0.745468乙醇摩尔质量m=46.07kg∕kmol丙醇摩尔质量m=60.1kg∕kmol轻组分乙醇的摩尔分率xw=(m∕46.07)∕[m∕46.07+(1-m)∕60.1] =(0.745468∕46.07)∕[0.745468∕46.07+(1-0.745468)∕60.1] =0.792561 2)板效率计算 在直角坐标系中绘制x—y图,用图解法求出理论板数: 篇二: 化工原理实验精馏实验 北京化工大学学生实验报告 学院: 化学工程学院姓名: 王敬尧 学号: 2010016068 专业: 化学工程与工艺 班级: 化工1012班 同组人员: 雍维、雷雄飞课程名称: 化工原理实验实验名称: 精馏实验实验日期2013.5.15 北京化工大学 实验五精馏实验 摘要: 本实验通过测定稳定工作状态下塔顶、塔釜及任意两块塔板的液相折光度,得到该处液相浓度,根据数据绘出x-y图并用图解法求出理论塔板数,从而得到全回流时的全塔效率及单板效率。 通过实验,了解精馏塔工作原理。 关键词: 精馏,图解法,理论板数,全塔效率,单板效率。 一、目的及任务 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,观察塔板上汽-液接触状况。 ③测定全回流时的全塔效率及单塔效率。 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。 二、基本原理 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,进行传热与传质,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。 塔顶的回流量与采出量之比,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,则需要无穷多塔板的精馏塔。 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,这在生产中午实际意义。 但是由于此时所需理论板数最少,又易于达到稳定,故常在工业装置的开停车、排除故障及科学研究时采用。 实际回流比常取最小回流比的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。 1 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 e=n/ne 式中e——总板效率;n——理论板数(不包括塔釜); ne——实际板数。 (2)单板效率eml eml=(xn-1-xn)/(xn-1-xn*) 式中eml——以液相浓度表示的单板效率; xn,xn-1——第n块板和第n-1块板的液相浓度; xn*——与第n块板气相浓度相平衡的液相浓度。 总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。 单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。 物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因数。 当物系与板型确定后,可通过改变气液负荷达到最高板效率;对于不同的板型,可以保持相同的物系及操作条件下,测定其单板效率,以评价其性能的优劣。 总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果,常用于板式塔设计中。 若改变塔釜再沸器中加热器的电压,塔内上升蒸汽量将会改变,同时,塔釜再沸器电加热器表面的温度将发生变化,其沸腾给热系数也将发生变化,从而可以得到沸腾给热系数与加热量的关系。 由牛顿冷却定律,可知 q=αa△tm 式中q——加热量,kw; α——沸腾给热系数,kw/(m2*k); a——传热面积,m2; △tm——加热器表面与主体温度之差,℃。 若加热器的壁面温度为ts,塔釜内液体的主体温度为tw,则上式可改写为 q=aa(ts-tw) 由于塔釜再沸器为直接电加热,则加热量q为 q=u/r 式中u——电加热的加热电压,v;r——电加热器的电阻,ω。 2 2 三、装置和流程 本实验的流程如图1所示,主要有精馏塔、回流分配装置及测控系 统组成。 1.精馏塔 精馏塔为筛板塔,全塔共八块塔板,塔身的结构尺寸为: 塔径∮(57×3.5)mm,塔板间距80mm;溢流管截面积78.5mm2,溢流堰高12mm,底隙高度6mm;每块塔板开有43个直径为1.5mm的小孔,正三角形排列,孔间距为6mm。 为了便于观察踏板上的汽-液接触情况,塔身设有一节玻璃视盅,在第1-6块塔板上均有液相取样口。 蒸馏釜尺寸为∮108mm×4mm×400mm.塔釜装有液位计、电加热器(1.5kw)、控温电热器(200w)、温度计接口、测压口和取样口,分别用于观测釜内液面高度,加热料液,控制电加热装置,测量塔釜温度,测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。 由于本实验所取试样为塔釜液相物料,故塔釜内可视为一块理论板。 塔顶冷凝器为一蛇管式换热器,换热面积为0.06m2,管外走冷却液。 图1精馏装置和流程示意图 1.塔顶冷凝器2.塔身3.视盅4.塔釜5.控温棒6.支座 7.加热棒8.塔釜液冷却器9.转子流量计10.回流分配器 11.原料液罐12.原料泵13.缓冲罐14.加料口15.液位计 3 2.回流分配装置 回流分配装置由回流分配器与控制器组成。 控制器由控制仪表和电磁线圈构成。 回流分配器由玻璃制成,它由一个入口管、两个出口管及引流棒组成。 两个出口管分别用于回流和采出。 引流棒为一根∮4mm的玻璃棒,内部装有铁芯,塔顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下,在控制器的控制下实现塔顶冷凝器的回流或采出操作。 即当控制器电路接通后,电磁圈将引流棒吸起,操作处于采出状态;当控制器电路断开时,电磁线圈不工作,引流棒自然下垂,操作处于回流状态。 此回流分配器可通过控制器实现手动控制,也可通过计算机实现自动控制。 3.测控系统 在本实验中,利用人工智能仪表分别测定塔顶温度、塔釜温度、塔身伴热温度、塔釜加热温度、全塔压降、加热电压、进料温度及回流比等参数,该系统的引入,不仅使实验跟更为简便、快捷,又可实现计算机在线数据采集与控制。 4.物料浓度分析 本实验所用的体系为乙醇-正丙醇,由于这两种物质的折射率存在差异,且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系,故可通过阿贝折光仪分析料液的折射率,从而得到浓度。 这种测定方法的特点是方便快捷、操作简单,但精度稍低;若要实现高精度的测量,可利用气相色谱进行浓度分析。 混合料液的折射率与质量分数(以乙醇计)的关系如下。 ? =58.9149—42.5532nd 式中? ——料液的质量分数; nd——料液的折射率(以上数据为由实验测得)。 四、操作要点 ①对照流程图,先熟悉精馏过程中的流程,并搞清仪表上的按钮与各仪表相对应的设备与测控点。 ②全回流操作时,在原料贮罐中配置乙醇含量20%~25%(摩尔分数)左右的乙醇-正丙醇料液,启动进料泵,向塔中供料至塔釜液面达250~300mm。 ③启动塔釜加热及塔身伴热,观察塔釜、塔身t、塔顶温度及塔板上的气液 4 篇三: 精馏实验实验报告 化工原理实验精馏实验 化学工程学院化实1101石晓林2011011102 同组人: 马增鑫王景元黄锐实验地点: 北京化工大学化工原理实验室实验日期: 2014年4月28日 一、目的及任务 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,观察踏板上气-液接触状况。 ③了解全回流时的全塔效率以及单板效率。 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。 二、基本原理 在板式精馏塔中,有塔釜产生的蒸汽沿着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,进行传质与传热,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。 塔顶的回流量与采出量之比,称作回流比。 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的分离效果和能耗。 回流比存在两种界限之状况: 最小回流比和全回流。 若塔在最下回流比操作,要完成分离任务,则须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。 但是此时所需理论塔板数最少,有易于达到稳定,故在工业装置的开停车、排除故障和科学研究时采用。 实际回流比常取最小回流比的1.2-2.0倍。 在精馏操作中,若回流系统发生故障,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。 ⑴总板效率e e? nne 式中e—总板效率; n—理论板数(不包括塔釜); ne—实际板数。 ⑵单板效率eml eml? xn? 1? xn*xn? 1? xn 式中eml————以液相浓度表示的单板效率; xn,xn-1————第n块板和(n-1)块板的液相浓度; xn*——与第n块板气相浓度相平衡的液相浓度。 总板效率与单板效率的数值通常由实验测定。 单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。 物系性质、版型及操作负荷是影响单板效率的重要因数。 当物系与板型确定后,可通过改变气液负荷达到最高的板效率;对于不同的板型可以再保持相同的物系及操作条件下,确定其单板效率,以评价其性能的优劣。 总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果,常用于板式塔设计中。 若改变塔釜再沸器中的加热器的电压,塔内上升蒸汽量将会发变化,同时, 塔釜再沸器加热器表面的温度将会发生变化,其沸腾给热系数也将发生变化,从而可以得到沸腾给热系数与加热量的关系。 由牛顿冷却定律,可知 qa? tm 式中q——加热量,kw; ? ——沸腾给热系数,kw/(m2·k); a——传热面积,m2; ? tm——加热器表面与温度主体温度之差,℃。 若加热器的壁温为ts,塔釜内液体的主体温度为tw,则上式可以改写为 qa(ts? tw) 由塔釜再沸器为直接加热器,则其加热量q为u2 q? (5)r 式中u—电加热器加热电压,v; r—电加热器的电阻,? 。 三、装置及流程 本实验的流程如图1所示,主要由精馏塔、回流分配装置及测控系统组成。 图1、精馏塔祖装置和流程示意 1、塔顶冷凝器;2、回流比分配器;3、塔身;4、转子流量计;5、视盅; 6、塔釜;7、塔釜加热器;8、控温加热器;9、支座;10、冷却器; 11、原料液罐;12、缓冲罐;13、进料泵;14、塔顶放气阀; 1、精馏塔 精馏塔为筛板塔,共有8块塔板,塔身的结构尺寸为: 塔内径为φ(57x3.5)mm, 2塔板间距为80mm,溢流管截面积为78.5mm,溢流堰高为12mm,底隙高度为6mm, 每块塔板上开有43个直径为1.5mm的小孔,正三角形排列,孔间距为6mm。 为了便于观察塔板上的气液接触状况,在塔身设有一节玻璃视盅。 在各板上均有液相取样口。 蒸馏釜的尺寸φ108×4×400mm。 装有液面计、电加热棒(1500w)、控温电热棒(200w)、温度计接口、测压口和取样口,分别用于观测釜内液面高度、控制电加热量、测量釜温、测量塔板压降和塔釜液相取样。 塔顶冷凝器为一蛇管式换热器,换热面积为0.06m2,管外走蒸汽,管内走冷却水。 2、回流分配装置 回流分配装置由回流分配器与控制器组成。 控制器由控制仪表和电磁线圈构成。 回流分配器由玻璃制成,它由一个入口管、两个出口管及引流棒组成。 两个出口管分别用于回流和采出。 引流棒为一根? 4mm的玻璃棒,内部装有铁芯,塔 顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下,在控制器的控制下实现塔顶冷凝器的回流或采出操作。 即当控制器电路接通后,电磁线圈将引流棒吸起,操作处于采出状态。 当控制器电路断路时,电磁线圈不工作,引流棒自然下垂,操作处于回流状态。 此回流分配器既可通过控制器实现手动控制,也可通过计算机实现自动控制。 3、测控系统 在本实验中,利用人工智能仪表分别测定塔定温度、塔釜温度、塔身伴热温度、塔釜加热温度、全塔压降、加热电压、进料温度及回流比等参数,该系统的引入,不仅使实验更为简便、快捷,又可实现计算机在线数据采集与控制。 4、物料浓度分布 本实验所用的体系为乙醇-正丙醇,由于这两种物质的折射率存在差异,且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系,故可通过阿贝折光仪(使用方法详见第六章)分析料液的折射率,从而得到浓度。 这种测定方法的特点是方便快捷、操作简单,但精度稍低;若要实现高精度的测量,可利用气相色谱进行浓度分析。 混合料也的折射率与质量分数(以乙醇计)的关系如下。 25℃m=58.214—42.017nd 30℃m=58.405—42.194nd 40℃m=58.542—42.373nd 式中m——料液的质量分数; nd——料液的折射率(以上数据为由实验测得)。 五、实验操作 ①对照流程图,先熟悉精馏过程的流程,并搞清仪表柜上按钮与个仪表相对应的设备与控制点。 ②全回流操作时,在原料贮罐中配置乙醇含量20%-25%(摩尔分数)左右的乙醇—正丙醇料液,启动进料泵,向塔中供料至塔釜液面达到3/4左右位置。 ③启动塔釜加热与塔身伴热,观察塔釜、塔身、塔顶温度及塔板上的气液接触 状况(观察视镜),发现塔板上有料液时,打开塔顶冷凝器的冷却水控制阀。 ④测定全回流状态下的全塔效率以及单板效率,在一定回流量下,全回流一段时间,待该塔操作参数稳定后,即可在塔顶、塔釜及相邻两块板上取样,我们选择了第5、6块板,后用阿贝折光仪进行分析,测取2-3组数据,并且记录操作参数。 ⑤待全回流操作稳定后,根据进料板上的浓度,调整进料液的浓度,开启进料泵,设定进料量及回流比为2,测定部分回流条件下的全塔效率,进料量设定为30ml/mim,塔釜液面通过调整釜液排出量维持恒定。 切记在排釜液前,一定要打开釜液冷却器的冷却水控制阀。 待塔操作稳定后,在塔顶、塔釜取样,分析测取数据。 ⑥实验完毕,停止加料,关闭塔釜加热以及塔身伴热,待一段时间后(视镜内无料液时),切断塔顶冷凝器及釜液冷却器的供水,切断电源,清理现场。 六、原始数据 根据实验要求测得实验原始数据如表1 七、数据处理 1、乙醇-丙醇平衡数据 首先查得乙醇-丙醇的平衡数据如表2 根据平衡数据得到乙醇-丙醇平衡图像和关联式 y20.09x6? 59.6x5? 65.24x4? 33.47x3? 8.957x2? 2.5599x 以及平衡数据的关联图如图2 《》
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