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
Φ76×3.5
100
100
11
筛板2.0
不锈钢
塔釜
Φ220×2
400
不锈钢
塔顶冷凝器
Φ89×3.5
600
不锈钢
塔釜
冷凝器
Φ57×3.5
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
90.6
0.100
0.430
86.4
0.200
0.520
83.2
0.300
0.575
81.7
0.400
0.614
80.7
0.500
0.657
79.9
0.600
0.698
79.1
0.700
0.755
78.7
0.800
0.820
78.4
0.894
0.894
78.15
0.950
0.942
78.3
1.000
1.000
78.3
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
33.4
27.5217
66.8
59.0181
0.1
0.0791
33.5
27.6078
66.9
59.1223
0.2
0.1582
33.6
27.6943
67
59.2266
0.3
0.2373
33.7
27.7807
67.1
59.331
0.4
0.3163
33.8
27.867
67.2
59.4354
0.5
0.3956
33.9
27.9532
67.3
59.5398
0.6
0.4748
34
28.0398
67.4
59.6444
0.7
0.554
34.1
28.1264
67.5
59.7489
0.8
0.6333
34.2
28.213
67.6
59.8542
0.9
0.7126
34.3
28.2996
67.7
59.9589
1
0.7918
34.4
28.3863
67.8
60.0636
1.1
0.8712
34.5
28.4729
67.9
60.1684
1.2
0.9505
34.6
28.56
68
60.2733
1.3
1.0299
34.7
28.6467
68.1
60.3787
1.4
1.1092
34.8
28.7335
68.2
60.4839
1.5
1.1386
34.9
28.8202
68.3
60.5896
1.6
1.2681
35
28.9071
68.4
60.6946
1.7
1.3475
35.1
28.9939
68.5
60.8005
1.8
1.427
35.2
29.0811
68.6
60.9064
1.9
1.5065
35.3
29.168
68.7
61.0116
2
1.586
35.4
29.2552
68.8
61.1176
2.1
1.6655
35.5
29.3421
68.9
61.223
2.2
1.7451
35.6
29.4291
69
61.3291
2.3
1.8247
35.7
29.5164
69.1
61.4353
2.4
1.9043
35.8
29.6034
69.2
61.5415
2.5
1.9839
35.9
29.6908
69.3
61.6471
2.6
2.0636
36
29.7778
69.4
61.7535
2.7
2.1433
36.1
29.8653
69.5
61.8599
2.8
2.223
36.2
29.9527
69.6
61.9664
2.9
2.3027
36.3
30.0398
69.7
62.0729
3
2.3825
36.4
30.1273
69.8
62.1788
3.1
2.4622
36.5
30.2149
69.9
62.2855
3.2
2.542
36.6
30.3024
70
62.3922
3.3
2.6218
36.7
30.39
70.1
62.499
3.4
2.7016
36.8
30.4773
70.2
62.6058
3.5
2.7815
36.9
30.5649
70.3
62.7127
3.6
2.8614
37
30.6525
70.4
62.8196
3.7
2.9413
37.1
30.7402
70.5
62.9267
3.8
3.0212
37.2
30.8279
70.6
63.033
3.9
3.1012
37.3
30.916
70.7
63.1402
4
3.1811
37.4
31.0038
70.8
63.2474
4.1
3.2611
37.5
31.0916
70.9
63.3546
4.2
3.3411
37.6
31.1794
71
63.4619
4.3
3.4211
37.7
31.2673
71.1
63.5693
4.4
3.5012
37.8
31.3555
71.2
63.6768
4.5
3.5813
37.9
31.4434
71.3
63.7843
4.6
3.6614
38
31.5313
71.4
63.8918
4.7
3.7415
38.1
31.6193
71.5
64.0002
4.8
3.8216
38.2
31.7076
71.6
64.1079
4.9
3.9018
38.3
31.7959
71.7
64.2156
5
3.9819
38.4
31.884
71.8
64.3234
5.1
4.0621
38.5
31.9721
71.9
64.4313
5.2
4.1424
38.6
32.0605
72
64.5329
5.3
4.2226
38.7
32.149
72.1
64.6472
5.4
4.3028
38.8
32.2371
72.2
64.756
5.5
4.3831
38.9
32.3254
72.3
64.864
5.6
4.4634
39
32.4139
72.4
64.9731
5.7
4.5437
39.1
32.5025
72.5
65.0813
5.8
4.624
39.2
32.5911
72.6
65.1903
5.9
4.7044
39.3
32.6794
72.7
65.2994
6
4.7848
39.4
32.7681
72.8
65.4079
6.1
4.8651
39.5
32.8568
72.9
65.5164
6.2
4.9456
39.6
32.9455
73
65.6257
6.3
5.0259
39.7
33.0343
73.1
65.735
6.4
5.1064
39.8
33.1227
73.2
65.8445
6.5
5.1868
39.9
33.2116
73.3
65.9532
6.6
5.2673
40
33.3004
73.4
66.0628
6.7
5.3478
40.1
33.3893
73.5
66.1724
6.8
5.4283
40.2
33.4782
73.6
66.2821
6.9
5.5089
40.3
33.5675
73.7
66.3918
7
5.5894
40.4
33.6565
73.8
66.5009
7.1
5.6701
40.5
33.7455
73.9
66.6108
7.2
5.7506
40.6
33.8345
74
66.7207
7.3
5.8312
40.7
33.9236
74.1
66.8307
7.4
5.9118
40.8
34.0131
74.2
66.9408
7.5
5.9925
40.9
34.1022
74.3
67.051
7.6
6.0732
41
34.1914
74.4
67.1612
7.7
6.1539
41.1
34.2805
74.5
67.2714
7.8
6.2346
41.2
34.3701
74.6
67.3825
7.9
6.3153
41.3
34.4597
74.7
67.493
8
6.3961
41.4
34.549
74.8
67.6034
8.1
6.4768
41.5
34.6383
74.9
67.714
8.2
6.5577
41.6
34.728
75
67.8246
8.3
6.6384
41.7
34.8178
75.1
67.9352
8.4
6.7192
41.8
34.9027
75.2
68.046
8.5
6.8001
41.9
34.9966
75.3
68.1576
8.6
6.881
42
35.0865
75.4
68.2684
8.7
6.9618
42.1
35.1763
75.5
68.3794
8.8
7.0427
42.2
35.2662
75.6
68.4904
8.9
7.1237
42.3
35.3562
75.7
68.6014
9
7.2046
42.4
35.4461
75.8
68.7134
9.1
7.2855
42.5
35.5361
75.9
68.8246
9.2
7.3665
42.6
35.6262
76
68.9358
9.3
7.4475
42.7
35.7162
76.1
69.0472
9.4
7.5285
42.8
35.8063
76.2
69.1594
9.5
7.6095
42.9
35.8964
76.3
69.2708
9.6
7.6905
43
35.9866
76.4
69.3832
9.7
7.7716
43.1
36.0768
76.5
69.4955
9.8
7.8526
43.2
36.1674
76.6
69.6073
9.9
7.9337
43.3
36.2581
76.7
69.719
10
8.0148
43.4
36.3483
76.8
69.8316
10.1
8.106
43.5
36.4387
76.9
69.9443
10.2
8.1771
43.6
36.5294
77
70.0562
10.3
8.2583
43.7
36.6202
77.1
70.1691
10.4
8.3395
43.8
36.7106
77.2
70.282
10.5
8.4207
43.9
36.8011
77.3
70.3949
10.6
8.502
44
36.892
77.4
70.5079
10.7
8.5832
44.1
36.9829
77.5
70.621
10.8
8.6645
44.2
37.0738
77.6
70.7342
10.9
8.7458
44.3
37.1644
77.7
70.8475
11
8.8271
44.4
37.2554
77.8
70.9608
11.1
8.9084
44.5
37.3465
77.9
71.0742
11.2
8.9897
44.6
37.4376
78
71.1876
11.3
9.0711
44.7
37.5287
78.1
71.3012
11.4
9.1524
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