1、筛板精馏塔性能实验实验学时： 5实验类型：综合实验要求：必修一、实验目的通过本实验的学习，使学生直观了解筛板精馏塔的基本结构，掌握筛板精馏塔的操作控制方法。二、实验内容1、熟悉精馏设备流程及各组成部分的作用；2、掌握精馏塔性能参数的测定方法；3、测定精馏塔在全回流和部分回流条件下的理论板数和塔板效率。三、实验原理、方法和手段1、全塔效率的测定在一定的回流比下连续操作的精馏塔，当系统达到稳定时，由全塔物料衡算有：（6-1）FDW（6-2 ）xx式中，F 、 D、 W 分别为进料量，馏出液量和残液量（ kmol/h）;、 、 分别为进料，馏出液和残液的浓度（mol%） 。x当已知 、 、 、R 和
2、进料热状况时，达到该分离效果所需要的理论塔板数可以FDW由图解法或逐板计算法确定。则全塔效率为（6-3）0/eEN式中，N 理论塔板数； 实际塔板数。全塔效率的大小与塔板的结构、操作条件（温度、压力和回流比等） 、物料性质以及浓度变化范围等有关。2、部分回流时 ，进料热状况参数的计算式为 ，mFBPrtCq)(式中：进料液体在平均温度（t F+tBP）/2 下的比热，kJ/(kmol.)PmC进料的泡点温度，B进料温度 ，Ftmr进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热, kJ/(kmol.)=CP1M1X1+CP2M2X2 kJ/(kmol.)PmC=r1M1X1+ r2M2X2 kJ/(km
3、ol.)r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)。rI, 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, kg/(kmol.)x1,x2-分别为纯组份 1 和组份 2 在进料中的摩尔分率。四、实验组织运行要求集中授课形式五、实验条件精馏实验装置仪表面板图和设备流程图参见图-1、图-2。图-1 精馏设备仪表面板图图-2 精馏实验装置流程图1-储料罐；2-进料泵；3-放料阀；4-料液循环阀；5-直接进料阀；6-间接进料阀； 7-流量计；8-高位槽；9-玻璃观察段；1
4、0-精馏塔；11-塔釜取样阀；12-釜液放空阀；13-塔顶冷凝器；14 回流比控制器；15-塔顶取样阀；16-塔顶液回收罐；17-放空阀；18-溢流阀；19-塔釜储料罐；20-塔釜冷凝器；21-第七块板进料阀；22-第八块板进料阀；23-第九块板进料阀；24-塔釜加热棒；25-磁翻转液位计。六、实验步骤实验前检查准备工作：1将与阿贝折光仪配套使用的超级恒温水浴(阿贝折光仪和超级恒温水浴用户自备)调整运行到所需的温度，并记录这个温度。将取样用注射器和镜头纸备好。 2检查实验装置上的各个旋塞、阀门均应处于关闭状态。 3配制一定浓度(质量浓度 20左右)的乙醇正丙醇混合液(总容量 15 升左右),倒
5、入储料罐。4打开直接进料阀门和进料泵开关, 向精馏釜内加料到指定高度 (冷液面在塔釜总高23 处), 而后关闭进料阀门和进料泵。实验操作:1全回流操作: 打开塔顶冷凝器进水阀门,保证冷却水足量。接通总电源开关（220V） 。 调节加热电压约为 100 伏,使塔内维持正常操作。 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 50ml 三角瓶同时取样，通过阿贝折射仪分析样品浓度。2部分回流操作：（加热电压为 80-100v）打开间接进料阀门和进料泵，以高位槽进料方式进行进料，调节转子流量计,
6、以2.0-3.0（lh)的流量向塔内加料，用回流比控制调节器调节回流比为 R4 ，馏出液收集在塔顶产品罐中。塔釜产品经冷却后由溢流管流出,收集在塔釜储料罐内。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,用折光仪分析其浓度并记录下进塔原料液的温度。 实验结束：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，关闭回流比调节器开关。 停止加热后 10 分钟再关闭冷却水,一切复原。根据物系的 t-x-y 关系,确定部分回流下进料的泡点温度并进行数据处理。七、思考题1、整个精馏系统达到何种状况时方可
7、认为“系统稳定” ，可以正式采集数据？2、在板式塔中,气体液体在塔内流动时 ,可能会出现几种操作现象?八、实验报告实验报告应体现预习、实验记录和实验报告1实验预习在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的仪器设备、物品资料以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等做到心中有数，但这些不要求写在预习报告中。2实验记录学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一步操作、观察到的现象和所测得的数据及相关条件如实地记录下来。实验记录中应有指导教师的签名。附：原始数据记录实验装置编号： 实际
8、塔板数：10 实验物系：乙醇-正丙醇 折光仪分析温度：30全回流：R = 部分回流：R =4 进料量： L/h进料温度： 泡点温度 : 塔顶组成 塔釜组成 塔顶组成 塔釜组成 进料组成折光指数 n质量分率 W摩尔分率 X3实验总结主要内容包括对实验数据、实验中的特殊现象、实验操作的成败、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。附：数据整理表实验装置编号： 实际塔板数：10 实验物系：乙醇-正丙醇 折光仪分析温度：30全回流：R = 部分回流：R =4 进料量： L/h进料温度： 泡点温度 : 塔顶组成 塔釜组成 塔顶组成 塔釜组成 进料组成摩尔分
9、率 X理论板数总板效率九、其他说明附录一 技术参数和指标实验物系：乙醇正丙醇；实验物系纯度要求:分析纯； 实验物系平衡关系见表二；实验物系浓度要求: 15-25(乙醇质量百分数) ，浓度分析使用阿贝折光仪,折光指数与溶液浓度的关系见表三。表一 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）降液管 材 质塔 体 573.5 100 100 10 筛板 2.0 81.5 不锈钢塔 釜 1002 300 不锈钢塔 顶冷凝器573.5 300 不锈钢塔 釜冷凝器573.5 300 不锈钢表二 乙醇正丙醇 t-x-y 关系 (以乙醇摩尔分率表示，x-液相，y
10、-气相 )t 97.60 93.85 92.66 91.60 88.32 86.25 84.98 84.13 83.06 80.50 78.38x 0 0.126 0.188 0.210 0.358 0.461 0.546 0.600 0.663 0.884 1.0y 0 0.240 0.318 0.349 0.550 0.650 0.711 0.760 0.799 0.914 1.0乙醇沸点: 78.3; 正丙醇沸点:97.2.表三 温度折光指数液相组成之间的关系0 0.05052 0.09985 0.1974 0.2950 0.3977 0.4970 0.599025 1.3827 1.3
11、815 1.3797 1.3770 1.3750 1.3730 1.3705 1.368030 1.3809 1.3796 1.3784 1.3759 1.3755 1.3712 1.3690 1.366835 1.3790 1.3775 1.3762 1.3740 1.3719 1.3692 1.3670 1.3650(续表三) 0.6445 0.7101 0.7983 0.8442 0.9064 0.9509 1.00025 1.3670 1.3658 1.3640 1.3628 1.3618 1.3606 1.358930 1.3657 1.3640 1.3620 1.3607 1.35
12、93 1.3584 1.357435 1.3634 1.3620 1.3600 1.3590 1.3573 1.3653 1.3551不同温度下下质量分率与阿贝折光仪读数之间关系也可按下列回归式计算:25 W =56.5040.84nD30 58.84411642.61325 nD其中：W 为乙醇的质量分率； nD 为折光仪读数 (折光指数)；通过质量分率求出摩尔分率(X) ，公式如下:乙醇分子量46; 正丙醇分子量 B60 BAAMWX)(1(附录二、阿贝折光仪的使用方法1.了解质量浓度一折光指数标定曲线的适用温度。2.看超级恒温水浴的触点温度计的设定温度是否在标定曲线的适用温度附近。若不是
13、,则需调整至适用温度。3.开启超级恒温水浴,待恒温后,看阿贝折光仪测量室的温度是否正好等于标定曲线的适用温度。若否,则应适当调整超级恒温水浴的触点温度计,使阿贝折光仪测量室的温度正好等于标定曲线的适用温度。4.用折光仪测定无水乙醇的折光指数,看折光仪的“零点“ 是否正确。5.测定某物质的折光指数的步骤如下：(1)测量折光指数时,放置待测液体的薄片状空间可称为“ 样品室“。测量之前应用镜头.纸将样品室的上下磨砂玻璃表面擦拭干净,以兔留有其它物质影响测定的精确度。.(2)在样品室关闭且锁紧手柄的挂钩刚好挂上的状态下,用医用注射器将待测的液体从样品室侧面的小孔注入样品室内,然后立即旋转样品室的锁紧手
14、柄,将样品室锁紧锁紧即可,但不要用力过大 。(3)适当调节样品室下方和竖置大圆盘侧面的反光镜,使两镜筒内的视场明亮。(4)从目镜中可看到刻度的镜筒叫“ 读数镜筒“,另一个叫“望远镜筒先估计一下样品的折光指数数值的大概范围,然后转动竖置大圆盘下方侧面的手轮,将刻度调至样品折光指数数值的附近。(5)转动目镜底部侧面的手轮,使望远镜筒视场中除黑白两色外无其他颜色。在旋转竖置大圆盘下方侧面的手轮,将视场中黑白分界线调至斜十字线的中心如附图一所示 。(6)在读数镜筒中看到的右列刻度读数则为待测物质的折光指数数值 nD如附图二所示 。根据读得的折光指数数值 nD 和样品室的温度,从浓度-折光指数标定曲线查
15、该样品的质量分率。(7)要注意保持折光仪的清洁,严禁污染光学零件,必要时可用干净的镜头纸或脱脂棉轻轻地擦拭。如光学零件表面有油垢,可用脱脂棉蘸少许洁净的汽油轻轻地擦拭附图一 附图二附录三、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.检测浓度使用阿贝折光仪。读取折光指数时，一定要同时记录测量温度并按给定的折光指数质量百分浓度测量温度关系(见表三) 测定相关数据。 (折光仪和恒温水浴由用户自购,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。
