1、分离过程及设备实验沈国良 朱海峰 班玉凤 虞 琦沈阳工业大学2005 年 9 月1分离过程及设备实验第一章 分离过程及设备实验基本知识及技术第一节 分离过程及设备实验基本知识一、分离过程及设备实验室消防知识与安全用电1、实验室消防实验室常用的消防器材包括以下几种：(1)灭火砂箱用于扑灭易燃液体和其它不能用水灭火的危险品引起的火灾。砂子能隔断空气并起到降温作用而灭火，但砂中不能混有可燃性杂物，并且要保持干燥。由于砂箱中存砂有限，故只能扑灭局部小规模的火源。大规模火源，可用不燃性固体粉末扑灭。(2)石棉布、毛毡或湿布用于扑灭火源区域不大的火灾，也是扑灭衣服着火的常用方法，通过隔绝空气来达到灭火的目
2、的。(3)泡沫灭火器实验室多使用手提式泡沫灭火器。外壳用薄钢板制成，内有一个盛有硫酸铝的玻璃胆，胆外装有碳酸氢钠和发泡剂(甘草精)。使用时把灭火器倒置，马上有化学反应生成含 C02的泡沫，泡沫黏附在燃烧物体的表面，形成与空气隔绝的薄层而灭火。适用于扑灭实验室的一般火灾，但由于泡沫导电，故不能用于扑救电器设备和电线的火灾。(4)其它灭火器材四氯化碳灭火器，适用于扑灭电器设备火灾；二氧化碳灭火器，使用时能降低空气中含氧量，因此要注意防止现场人员窒息；干粉灭火剂，可扑灭易燃液体、气体、带电设备引起的火灾；1211 灭火剂，适用于扑救油类、电器类、精密仪器等火灾。2、安全用电常识电对人的伤害可分为内伤
3、与外伤两种，可单独发生，也可同时发生。(1)电伤危险因素电流通过人体某一部分即为触电。触电是最直接的电气事故，常常是致命的。其伤害程度与电流强度的大小、触电时间以及人体电阻等因素有关。实验室常用电压为 220380V、频率为 50Hz 的交流电，人体的心脏每跳动一次大约有0.10.2s 的间歇时间，此时对电流最敏感。因此，当电流流过人体脊柱和心脏时危害极大。人体电阻分为皮肤电阻(潮湿时约为 2000，干燥时约为 5000)和体内电阻(150500)。随着电压升高，人体电阻相应降低。触电时因为皮肤破裂而使人体电阻骤然降低，通过人体的电流随之增大而危及人的生命。(2)防止触电注意事项电气设备要可靠
4、接地，一般使用三芯插座。一般不要带电操作。特殊情况需要时，必须穿绝缘胶鞋，戴橡皮手套等防护用具。安装漏电保护装置。一般规定其动作电流不超过 30mA，切断电源时间低于 0.1s。实验室严禁随意拖拉电线。二、分离过程及设备实验室环保知识实验室排放的废液、废气、废渣等虽然数量不大，但不经过必要的处理直接排放，会对环境和人身造成危害。要特别注意以下几点：实验室所有药品以及中间产品，必须贴上标签，注明名称，防止误用和因情况不明而处理2不当造成事故；绝对不允许用嘴去吸移液管液体以获取各种化学试剂和溶液，应使用洗耳球等方法吸取；处理有毒或带刺激性物质时，必须在通风橱内进行，防止散逸到室内；废液应根据物质性
5、质的不同分别集中在废液桶内，并贴上标签，以便统一处理。有些废液不可混合，如过氧化物和有机物、盐酸等挥发性酸和不挥发性酸、铵盐及挥发性胺与碱等。接触过有毒物质的器皿，滤纸、容器等要分类收集后集中处理；一般的酸碱处理，必须在进行中和后用水大量稀释，然后才能排放到下水槽；处理废液、废物时，一般要戴上防护眼镜和橡皮手套。对兼有刺激性、挥发性的废液处理时，要戴上防毒面具，在通风橱内进行。三、事故预防和处理1、玻璃割伤如果为一般轻伤，应及时挤出污血，并用消毒过的镊子取出玻璃碎片，用蒸馏水洗净伤口，涂上碘酒或红汞水，再用绷带包扎；如果为大伤口，应立即用绷带扎紧伤口上部，使伤口停止出血，立即送医院。2、酸液或
6、碱液溅入眼中酸液或碱液溅人眼中应立即用大量水冲洗。若为酸液，再用质量分数为 1的碳酸氢钠溶液冲洗。若为碱液，则再用质量分数为 1的硼酸溶液冲洗，最后用水洗。重伤者经初步处理后，立即送医院。3、溴液溅人眼中溴液溅入眼中按酸液溅入眼中事故作急救处理后，立即送医院。4、皮肤被酸、碱或溴液灼伤被酸或碱液灼伤时，伤处首先用大量水冲洗。若为酸液灼伤，再用饱和碳酸氢钠溶液洗；若为碱液灼伤，则再用质量分数为 1的醋酸洗。最后都用水洗，再涂上药品凡士林。被溴液灼伤时，伤处立刻用石油醚冲洗，再用质量分数为 2的硫代硫酸钠溶液洗，然后用蘸有油的棉花擦，再敷以油膏。第二节 分离过程及设备实验的要求一、实验室一般注意事
7、项遵守实验室的各项制度，听从教师的指导，尊重实验室工作人员的职权。保持实验室的整洁。在整个实验过程中，保持桌面和仪器的整洁，保持水槽干净，不得将废液等直接倒入水槽。公用仪器和工具在指定地点使用，公用药品不能任意挪动，要爱护仪器，节约药品。实验完毕离开实验室时，应关闭水、电、气体、门、窗等。二、实验要求为了保证实验的顺利进行，以达到预期的目的，要求学生必须做到如下几点：1、充分预习实验前要做好预习，并查阅有关手册和参考资料，掌握原料和产品的物性数据，了解实验原理和步骤。2、认真操作实验时要认真操作，仔细观察各种现象，积极思考，注意安全，保持整洁。不得脱岗。3、做好记录实验过程中，要及时、准确地记
8、录实验现象和数据，以便对实验现象做出分析和解释。切不可在实验结束后补写实验记录。4、书写实验报告实验结束后应及时写出实验报告，实验报告一般应包括：实验日期、实验名称、仪器药品、实验原理、操作步骤、结果与讨论、意见和建议等。报告应力求条理清楚、文字简练、结论明确、书写整洁。3第二章 共沸精馏用苯作共沸剂制备无水乙醇对于能形成共沸物的混合溶液来说，普通的精馏方法是很难进行分离的。对于乙醇水溶液，因为乙醇同水形成了共沸物。在常压下，共沸组成为 4.43%的水，95.57%的乙醇。共沸点为78.15。即当乙醇水溶液浓度为 95.6%时，溶液的汽液相组成（平衡组成）相等。这就无法用普通精馏的方法将乙醇溶
9、液再浓缩，即得不到纯度高于 95.6%的乙醇。但我们可根据共沸精馏的原理，选择一个好的共沸剂，使之与水和乙醇形成三元共沸物，从而达到分离目的，即可得到无水乙醇。表 1 列举了常压下几种共沸剂与乙醇、水形成三元共沸物的特性。表 1 三元共沸物特性表组 分 各纯组分沸点（） 共沸物组成 wt%1 2 3 1 2 3三元共沸点（） 1 2 3乙醇 水 苯 78.3 100 80.2 64.85 18.5 7.4 74.1乙醇 水 乙酸乙 酯 78.3 100 77.15 70.23 8.4 9.0 82.6乙醇 水 甲苯 78.3 100 110.7 74.55 乙醇 水 三氯甲 烷 78.3 10
10、0 61.15 55.5 4.0 3.5 92.5在表 1 所列共沸剂中（组分 3） ，以苯应用最早、最广。虽然目前有被三氯甲烷和乙醇乙酯取代的趋势，但本实验考虑到苯作共沸方法成熟，现象明显，数据较全，便于学生掌握，故用苯作共沸剂制无水乙醇。一、实验目的1、巩固并加深理解课堂所学的共沸精馏的有关内容，着重掌握选取共沸剂并用加共沸剂的方法进行分离的原理和方法。2、熟悉实验室的精馏设备和操作方法。3、熟练运用三元相图表示溶液各组成的变化过程。4、培养动手操作技能。二、实验原理乙醇（A） 、水（W） 、苯（B）三者之间可以形成一个三元共沸物，现将它们之间存在的共沸物情况列于表 2。表 2 乙醇、水、
11、苯之间存在共沸物的情况共沸物组成共 沸 物 共沸点（）A W B乙醇水（二元） 78.15 95.57 4.43 苯水（二元） 69.25 8.83 91.17乙醇苯（二元） 68.24 32.37 67.63乙醇水苯（三元） 64.85 18.5 7.4 74.1当添加适当数量的苯于工业乙醇中蒸馏时，则乙醇水苯三元共沸物首先馏出，其次为乙醇苯二元共沸物，无水乙醇最后留于釜底，其蒸馏过程以图 1 说明。图 1 乙醇水苯三元相图4正三角项点 A、W、B 分别表示乙醇，水和苯纯物质。T 点为 AWB 三元共沸物组成，C 点表示 AW 二元共沸物组成，D 点表示 AB 的二元共沸组成，E 点为 WB
12、 的二元共沸组成。曲线LNM 为饱和溶解度曲线，该线以下为两相共存区，系线两端表示两相组成。该曲线受温度的影响而上下移动。设以 95%的乙醇为原料（图 1 中 G 点） ，加入共沸剂，各组成顺 GB 线变化，设结果得组成为H 的混合物。蒸馏时，若塔足够高，则三元共沸物先馏出（64.85） ，组成为 T 点组成。而釜中残液的组成沿 THJ 线向 J 点移动。当达到 J 点时，残液中已无水分塔项温度升高到 68.2，馏出AB 二元共沸组成（组成为 D 点所示） ，残液组成沿 JA 线向 A 点移动，蒸馏温度达到 78.3时，塔底残液即为无水乙醇。由图 1 所示，H 点表示最初塔釜混合物的组成，若加
13、苯后使其组成正好在 AT 线与 GB 线的交点处（H 点） ，则三元共沸物馏出后，残液变成纯乙醇，此时的共沸剂用量为理论共沸剂用量，但实际操作时宜于添加稍过量的苯，使脱水完全。首先馏出的大部分为三元共沸（其总组成为 T 点所示） ，冷凝后分为两相，一相以苯为主，称苯富相；一相以水为主，称水富相。一般可利用分相器分层将苯相回流，水相采出，使共沸剂不至浪费，也可使精馏时间缩短。但本实验为便于分析计算，未采用分相回流，而是混相回流。继三元共沸后，馏出物为均相的二元共沸物（组成为 D 点所示） 。三、实验药品、设备用仪器1药品工业乙醇（约含 95%乙醇，5%水） 。苯：分析纯，含苯 99.5%。2设备
14、及仪器（1）镀水银真空夹套玻璃精馏一套，内装不锈钢网状填料（2）1000ml 三口蒸馏烧瓶 1 个。（3）1000ml 电加热套 1 个。（4）2KVA 调压器 1 台。（5）阿贝折光仪 1 台。（6）超级恒温水浴 1 台。（7）秒表 2 块。3实验装置图图 2 精馏塔装置图1塔顶温度计 2精馏头（冷凝器） 3出料阀 4接收瓶5精馏塔（内装填料） 6塔底温度计 7三口烧瓶（再沸器）8电热套四、实验操作步骤1原料配制称取 95%乙醇 100 克，加苯量计算：100 克 95%乙醇中含水 5 克，按馏出物为三元共沸物计，将 5 克水完全脱除需加苯：5克，为保证水脱除彻底，使苯量略为过量，故加苯 5
15、4 克。即原料中：乙醇 95 克，水.504.75 克，苯 54 克。2实验操作（1）将原料加入釜中，先开塔顶冷却水，再开塔釜电加热设备。（2）从塔顶见液体滴下起，全回流 20 分钟，然后以回流比 R=10 出料，注意观察塔顶温度变化及馏出液分层情况。5（3）当塔顶温度略有升高，塔顶馏出物由混浊（分层）变为清晰时（不分层） ，更换出料接收瓶，并加大回流比，使 R=1315。继续出料，观察塔顶温度变化情况，当顶温超过 70时，回流比加大至 20：1。（4）将更换下来的接收瓶中的出料称重，然后倒入分液漏斗分层（分液漏斗有夹套，保温在25） ，待分层清晰后，分出水层及油层，称重，并分别测两层的折光率
16、 D25 。（5）当塔顶温度升至 73以上时，停止出料，抽取釜液测其折光率 D25 ，当与市售无水乙醇（浓度得不小于 99.5%）折光率相近时，即认为合格。（6）关闭塔釜电热设备，塔顶不见液体滴出后，再 10 分钟关闭冷却水。（7）实验自始自终每隔 15 分钟记录一次釜温、顶温及回流比等数据。五、数据记录及处理1根据表 2、表 3 绘出组成一折光率曲线，在曲线中查出馏出液的组成。2. 作正三角相图。参照表 2 画出 25时的溶解度曲线，系线，标出褶点。根据所测组成标出三元共沸点，原料点，并在图中表示本实验的精馏过程。表 3 水苯乙醇系统在 25下的平衡组成苯富相 Wt% 水富相 Wt%乙醇 苯
17、 D25 乙醇 苯 D251.85 98.00 1.4940 15.61 0.19 1.34313.85 95.82 1.4897 30.01 0.65 1.35206.21 93.32 1.4861 38.50 1.71 1.35737.91 91.25 1.4829 44.00 2.88 1.361511.00 0.81 1.4775 49.75 8.95 1.370014.68 83.50 1.4714 52.28 15.21 1.378718.21 79.15 1.4650 51.72 22.73 1.389022.30 74.00 1.4575 4995 2911 1.397623.
18、58 72.41 1.4551 48.85 31.85 1.401130.85 62.01 1.4408 43.42 42.89 1.4152褶点组成：水 10.25%乙醇 37.65%苯 52.10%表 4 苯乙醇系统组成与折光率的关系乙醇含量 Wt% 折光率 D25 乙醇含量 Wt% 折光率 D250 1.49803 46.78 1.428152.71 1.49401 57.22 1.42392*5.87 1.48885 71.00 1.3955512.79 1.47790 84.92 1.377721.934 1.47667* 91.60 1.3692336.78 1.44219 100
19、 1.35929表中带*的两个数据可能有误，可不予参考。六、思考题1形成共沸物的条件。2共沸剂的选择条件。63什么是理论共沸剂量？共沸剂加入量如何计算？共沸剂加入量过多或过少有什么不好？4两次增大回流比的目的是什么？5为什么要先停电热，后关冷却水？7第三章 萃取精馏实验无水乙醇的制备一、实验目的化工生产中常会遇到组分沸点相差很小、或具有恒沸物的混合物，分离这类混合物，前者用普通精馏方法很不经济，而后者更难分离。如乙醇与水具有恒沸物，因此制取无水乙醇不能用一般的精馏方法，但可用物理或物理与化学相结合的方法，诸如恒沸精馏、萃取精馏、盐熔精馏、加盐萃取精馏等。由于萃取精馏操作条件的范围比较广泛，溶剂
20、的浓度为热量与物料衡算所控制，而不是为恒沸点所控制，溶剂在塔内也不需挥发，故热量消耗比恒沸精馏少，因此在工业上萃取精馏应用得比恒沸精馏广泛。由于萃取精馏相对与盐熔精馏、加盐萃取精馏来说，操作比较简单，又有较好的进行模拟计算的基础，故本开发实验用萃取精馏方法制取无水乙醇。过去化工装置通常采用逐级放大的方法。由于近来化学工程基础研究工作的开展、化学工程的数学模拟化和电子计算机的应用，使得用电子计算机进行化工过程的数学模拟放大方法在近 30余年来得到很快发展，成为一种很有效的方法。这种方法充分利用现有的技术情报资料，和必要的实验测定数据，其中需要具备各种物料的物性数据，例如计算一个精馏过程，需要蒸气
21、压、汽化热、热容、汽液平衡等数据，以及合适的活度系数关联式模型，再加上计算精馏塔的数学模型和合适的解法，就能对精馏装置进行模拟计算、就能应用电子计算机进行“模拟试验” ，能在宽广的范围对设计进行多方案比较，并优选操作条件，大大缩短了开发周期，节省了开发费用。本实验通过有关的相平衡数据的测定，平衡数据的计算关联、萃取精馏塔的模拟计算及实验验证，使实验者了解萃取精馏的开发过程和方法，掌握精馏装置实验的基本技能。二、实验原理（）萃取精馏原理萃取精原溶馏需在液中添加萃取剂，萃取剂不与被分离物系中的任一组分形成恒沸物，但能改变原溶液组分间的相对挥发度，且添加剂的沸点比原溶液各组分的沸点均高。由化工热力学
22、可知，在压力较低时，原溶液的相对挥发度表示为（）20112p加入溶剂后组分、的相对挥发度（ 12） S则为（）STS21012式中 加入溶剂后三元混合物泡点温度下，组分、的饱和蒸气压之比；TSp021加入溶剂后组分、的活度系数之比。S21一般把 叫做溶剂的选择性。因此，萃取剂的选择性是指溶剂改变原有组分间相12S对挥发度数值的能力。 越大，选择性越好。12S由三元马格勒斯方程可得（）SSS AxA2112121lg8由式（）可知， 越大， 越大， 也越大，溶剂的选择性越好。SA21S21S12要大，则希望 要大。也就是说，希望萃取剂与塔顶组分形成具有正偏差的非理SA21S1想溶液，且正偏差越大
23、越好，而与塔釜产品应形成负偏差的非理想或形成理想溶液，与塔釜产品形成理想溶液的萃取剂容易选择，一般可由其同系物或性质接近的物料中选取。乙醇-水系统的萃取剂的筛选根据从同物系中选择的原则，文献对乙二醇、丙三醇、三甘醇、四甘醇等有希望的溶剂进行了汽液平衡数据的实验测定，得出乙二醇是选择性很好的溶剂。而且乙二醇与水及乙醇均能完全互溶，不致在塔板上引起分层，也不与乙醇或水形成共沸物或起化学反应，容易再生，便于循环使用，且来源丰富，所以本实验选择乙二醇作为萃取剂。（）乙醇-水-乙二醇系统的相平衡关系正确的汽液相平衡关联是精馏模拟计算的基础。汽液相平衡常用平衡常数 i进行关联，由平衡准则可得（）pfKvi
24、i0式中， 为组分 I 的标准态逸度， 为组分 I 的逸度系数，p 为总压。当系统的压强较低，0if i气相可作为理想气体处理时，上式可简化为：（）pKii0式中， 为组分 I 的蒸气压，通常可用安托因方程计算：0ip（）CTBAi ln系数、由拟合实验测蒸气压数据得到，有关手册上已收集了大量数据，可以查阅。汽液相平衡的预测关联主要是活度系数 ，知道了 与溶液组成的定量关系，就可以方便的ii进行各种汽液平衡的计算。自从 Wilson1964 年提出局部组成概念，并导出了著名的 Wilson 活度系数模型后，活度系数的关联和预测取得了巨大进展。目前只需要能正确关联多元系中包含的各对两元物系的有关
25、交互作用系数后，就能相当准确的推算多元系的活度系数。本实验中采用比较优越的 UNIQUAC 活度系数模型方程。关于此三元系的三对二元系，乙醇-水的汽液平衡数据和水-乙二醇的汽液平衡数据刊载于文献 ，乙醇-水-乙二醇的汽液平衡数据可见文献 ，但未见乙醇-乙二醇这对二元系的实验数据，因此，本开发实验拟对乙醇-乙二醇汽液平衡数据进行实验测定。由于乙醇-乙二醇系统的沸点相差很大，因此本实验采用适合于测定挥发度大的系统的陆子禹平衡釜。此平衡釜是汽液相同时循环的平衡釜，能正确测定平衡温度。为了选择溶剂比，必须以汽液平衡关系为依据，当已知乙醇-水、乙醇-乙二醇、水-乙二醇三对二元系的活度系数关联式参数后，就
26、可算出溶剂在各种用量下的选择性。为清晰地表明溶液对原混合液中各组分相对挥发度所产生的效果，常将溶剂-乙醇-水的汽液相平衡关系换算成脱溶剂基的乙醇-水的 x-y 曲线，图中每根曲线对应于一定的溶剂浓度。（3）塔板效率及分离效果的实验验证本实验用 Oldershaw 玻璃筛板塔作为萃取精馏的装置。研究表明，工业规模塔的效率总是等于或略高于 Oldershaw 效率。在泛点的 60%左右两者有很好的一致性，因此 Oldershaw 效率有很9大的实际意义。a.若有好的汽液平衡数据，这是将实际物系在 Oldershaw 塔上运转，测定塔顶塔釜组成，计算需要的理论板数，由此得 Oldershaw 全塔效
27、率。假定工业塔点效率等于 Oldershaw 效率，保守的作法可取工业塔效率等于 Oldershaw 塔的全塔效率。b.当没有好的汽液平衡数据时，可在 Oldershaw 塔上作一下分离效果的实验验证。在Oldershaw 塔上进行运转并由实验得板数、回流比及所希望的分离效果。这些值可直接用作工业塔的回流比、塔板数及预期的分离效果。若工业塔是大塔径的，其板数可稍微减少一点，因为错流接触的塔 murphree 效率大于点效率。三、预习与思考（）对沸点差相差很大或沸点差相差较小的物系，在测定汽液平衡数据时，应分别采用何种形式的实验装置，实验需记录哪些原始数据，请你设计一个表格，并考虑一下釜如何操作
28、。（）画一个萃取精馏塔与溶剂回流塔相结合的流程图。（）拟定一个萃取精馏塔的操作方案，并设计一个记录数据的表格。（）考虑一下溶剂回收塔怎样操作，如何得到含水量极低的乙二醇，以便于循环使用。（）相平衡与塔的模拟计算有什么关系，相平衡数据是怎么处理的。四、实验装置及流程（）平衡釜操作原理是：将料液注入沸腾瓶，液体接受器和凝液贮器，开始加热，待沸腾后，汽液混合物沿 Cottrell 管上升，在此汽液两相充分接触，汽液混合物冲向温度计套管，套管外用实心玻璃棒绕成螺旋形。在此的汽液两相进一步接触，以达到平衡，使之正确测定平衡温度。平衡的气液两相在分离室进行分离，气相经冷凝管冷凝而液相进入液体接受器，溢流进
29、入混合器，气相凝液由凝液贮器溢流进入混合器，混合器可以计滴数，混合后的气液两相再进入沸腾瓶，循环直至稳定后取样分析。测定的数据是 p、T、x、y 数据。（）恒压装置（0.1013MPa）为测定 0.1013Mpa 下汽液平衡数据，平衡釜与恒压装置相接，恒压装置示意图见图 2-63。其原理是：一贮气瓶中，连接水喷射器或双连球，若气压低于 0.1013Mpa，则贮气瓶需用双连球加压，若气压高于 0.1013Mpa，则贮气瓶需用水喷射器加压，此贮气瓶与缓冲瓶中间装有一个电磁阀。缓冲瓶与系统及型压力计相连，型压力计内装水。若气压高于 0.1013Mpa，系统要减压，先将贮气瓶减压，将导线插入型压力计使
30、之与水接触。转动缓冲瓶上的三通考克，使、相通而不通。这时继电器无电流通向电磁阀，电磁阀铁芯内没有启动处于关闭状态（即电磁阀的进口与出口不通，但进口与排气口相通） ，则系统减压。调节导线至需要的位置，当型管中导线与水溶液脱离时，则继电器有电流通向电磁阀，启动了电磁阀的铁芯，关闭了进口与排气口，使贮气瓶与缓冲瓶间无联系，停止了减压。由于系统可能漏气，型管的液面又可能上升，当它和导线接触时，继电器又无电流通过电磁阀，电磁阀铁芯又下降，进口与排气口又相通，则系统又开始减压。若气压低于 0.1013Mpa，则系统要加压，这时先将贮气瓶用双连球加压，并把导线拉出水面，把三通考克放至、相通而不通，继电器有电
31、通向电磁阀，使电磁阀内铁芯向上吸，进口与出口相通，缓冲瓶内压力上升，使型管内水面上升，当水面上升到导线相接触时，继电器又无电流通向电磁阀，使电磁阀铁芯下落，关闭了电磁阀的进口与出口，所以系统压力不再增加。（）萃取精馏塔本实验所用于萃取精馏塔是 Oldershaw 玻璃筛板塔，其主要部件 Oldershaw 塔节。萃取精馏流程图：塔顶全凝器的凝液用时间继电器对一摆体的定时控制来控制回流比。Oldershaw 塔的塔径为 30mm，有效截面积 690mm2。溶剂回收段的板数为块，精馏段为 28 块，提馏块为 12 块，板上开孔数 65 个，孔径 1mm，开孔率 7.2%。萃取剂与原料液分别进入进料
32、段。进料可用微量泵计量，出料可用滴数的方法计量。塔釜为 2000mL 三口烧瓶，加热用电热碗，加热量用变压器调节，经安培表指示加热电流。全塔用玻璃套管外绕电热丝进行保温，保温热量用变压10器调节，用安培表指示加热电流。在塔与套管之间放有温度计，塔顶、塔釜，进料板都有测温口，可用温度计（或热电阻）测定。塔釜出料进入釜液贮瓶，全塔连续操作。（）溶剂回收塔溶剂回收塔为填料塔，塔径 30mm，精馏段 450mm，提馏段 750mm。塔内装有小瓷圈，塔顶冷凝器用考克调节回流量与出料量，塔釜为 2000mL 三口烧瓶，用电热碗加热，塔用玻璃套管外绕电热丝保温。加热与保温用调压变压器调节，并有安培表显示加热
33、电流，塔顶、塔釜都有测温口，此塔减压操作，塔顶冷凝器有接头与减压系统相联。（）恒压装置（减压）溶剂回收塔为减压操作，需配有在减压下的恒压装置。此减压恒压装置原理与常压装置相同，所不同的是用一个硫酸恒压仪代替型管中的触点，型管中所装为水银，此恒压装置主要有硫酸恒压仪、电磁阀、继电器所组成。操作时，先开启考克，开动真空泵，转动三通考克使电磁阀的进口与排气口相通，此时缓冲瓶内减压，由型压力计可读出其真空度。当达到所需真空度时，关闭考克，并转动考克使电磁阀的进口与出口相通。当系统有漏气现象时，触点与硫酸液面脱离，继电器启动电磁阀的铁芯，使电磁阀的进口与出口相连，缓冲瓶内压力降低，使触点与硫酸接触而关闭
34、电磁阀的进口与出口，这样就可使系统恒压在某一真空度。五、实验内容及步骤（）实验测定乙醇-乙二醇系统的常压汽液平衡数据配制一定组成的乙醇-乙二醇混合液，装入陆子禹平衡釜，在恒压 0.1013MPa 下测定 p、T、x、y 数据，由色谱分析确定 x、y 的组成，计算求出 UNIQUAC 参数。（）由多元 UNIQUAC 方程，通过泡点计算。得出脱溶剂基的不同乙二醇质量百分含量的 和乙 醇x的关系，得出乙二醇作为萃取计的选择性。乙 醇y（）输入物性数据及 UNIQUAC 参数，选择溶剂比及回流比，给定理论板数，进行萃取精馏塔的模拟计算。通过对不同溶剂比、回流比的计算结果，选择一个操作条件作为实验的操
35、作条件。（）按所选的操作条件在现有的装置上进行萃取精馏实验，在操作过程中需仔细操作，使进出料量稳定并需根据物料衡算决定出料量。待操作稳定后取样分析，得到在一定操作条件下的分离效果。分析用色谱方法。（）为使萃取剂循环使用，萃取精馏塔釜液进入溶剂回收塔进行溶剂再生。此塔为减压操作，可以连续，也可以间歇。（）上机计算对理论板数进行试差，以得到与实验结果相符合的分离效果。求出 Oldershaw 萃取精馏塔的效率。六、实验数据处理（）将乙醇-乙二醇相平衡数据测定结果列表，求出 UNIQUAC 参数。（）以不同乙二醇质量分数为参数，用三元泡点计算得出在不同乙二醇含量下的 和乙 醇x（脱溶剂基）的数据，将
36、此数据列表并作出如图。乙 醇y（）将不同操作条件下萃取精馏塔的模拟计算结果列表或作图。（）萃取精馏塔的实验结果，包括操作条件的列表。（）溶剂回收塔的实验结果，包括操作条件的列表。（）根据现有的实验条件及达到的分离程度，模拟计算出萃取精馏塔的理论板数，计算出Oldershaw 效率的数值。七、讨论（）由三元泡点计算的结果，讨论乙二醇作为萃取剂的选择性。（）根据不同操作条件下萃取精馏塔的模拟计算结果，讨论所选择的操作条件。11（）讨论萃取精馏塔的操作特点。12第四章 反应精馏过程一、实验目的化学反应在一定的温度、压力和组成的条件下，能否向得到产品的方向进行、进行的限度怎样、影响反应限度的条件如何等
37、问题具有明确的了解。因为这些问题对工艺设计、生产条件的选定以及经济核算等都是必不可少的。实验运用热力学定律来讨论化学平衡、平衡常数的测定和计算以及温度、压力及反应物的比率对平衡转化串的影响；并且进行化学动力学研究，讨论反应速度问题。二、实验装置及分析方法1、用途本装置是化工工艺、化工研究实验室专用设备，可供有机化工、石油化工、精细化工、生物制药化工等专业部门的科研、教学、产品开发方面使用。用于有机物质的精分离时，具有操作稳定、塔效率高、数据重现性好等优点。此外，它还可装填不同规格、尺寸的填料测定塔效率，也能用于小批量生产或中间模拟试验。当填装小尺寸的三角型填料或 网环填料时，可进行精密精馏。装
38、置结构紧凑，外形美观，控制仪表采用先进的智能化形式。对一般教学用的常减压精馏、反应精馏、萃取精馏玻璃塔来说只有一节塔体，它们在塔壁不同位置开有侧口，可供改变加料位置或作取样口用。塔体全部由玻璃制成，塔外壁采用新保温技术制成透明导电膜，使用中通电加热保温以抵消热损失。在塔的外部罩有玻璃套管，既能绝热又能观察到塔内气液流动情况。另外还配有玻璃塔釜、塔头及其温度控制、温度显示、回流控制部件构成整体装置。2、技术指标玻璃塔体：20mm，填料高：14mm；填料：22 mm(不绣钢 网环)；保温套管直径：6080mm；釜容积：500ml，加热功率：300w；保温段加热功率(上、下段)：各 300w；塔的侧
39、口位置：侧口五个；每口间距：250mm，距塔底和塔顶各 200mm。3、实验装置134、分析方法用带有热导池检测器的气相色谱仪去分析原料和产物，色谱操作条件：桥流 100mA，柱直径3mm，长 1m。柱前压力 01Mpa，柱温度 100。相对校正因子：水 0.74、乙醇 1.0、乙酸乙酯1.15、醋酸 1.27。用面积归一法计算。三、操作方法1、装塔在塔的各个接口处，凡是有磨口的地方都要涂以活塞油脂(真空油脂)，并小心地安装在一起，另外，若用带有翻边法兰的接口时，要将各塔节连接处放好垫片，轻轻对正，小心地拧紧带镙纹的压帽(不要用力过猛以防损坏)这时要上好支撑卡子螺丝，调整塔体使整体垂直，此后调
40、节升降台距离，使加热包与塔釜接触良好(注意，不能让塔釜受压)，以后再连接好塔头(注意，不要固定过紧使它们相互受力)最后接好塔头冷却水出入口胶管。(!操作时先通水)2、将各部分的控温、测温热电偶放入相应位置的孔内。3、电路检查(1)插好操作台板面各电路接头，检查各接线端子标记与线上标记是否吻合。(2)检查仪表柜内接线有无脱落。电源的相、零、地线位置是否正确，无误后进行升温操作。4、加料进行间歇的精馏时，要打开釜的加料口或取样口，加入被精馏的样品，同时加入几粒陶瓷环，以防暴沸。连续精馏初次操作还要在釜内加入一些被精馏的物质或釜残液。5、升温(1)开启总电源开关，开启测温开关，温度显示仪表有数值出现
41、。(2)开启釜热控温开关，仪表有显示。顺时间针方向调节电流给定旋使电流表有显示。温度控制的数值给定要按仪表的、V 键，在仪表的下部显示出设定值。温度控制仪的使用详见说明书(AI 人工智能工业调节器说明书)，不允许不了解使用方法就进行操作。当给定值和参数值都给定后控制效果不佳时，可将控温仪表参数 CTRL 改为 2 再次进行自整定。自整定须要一定时间，温度经过上升、下降、再上升、下降、类似位式调节，很快就达到稳定值。升温操作注意事项：(1)釜热控温仪表的给定温度要高于沸点温度 5080，使加热有足够的温差以进行传热。其值可根据实验要求而取舍，边升温边调整，当很长时间还没有蒸汽上升到塔头内时，说明
42、加热温度不够高，还须提高。此温度过低蒸发量少，没有馏出物；温度过高蒸发量大，易造成液泛(2)还要再次检查是否给塔头通入冷却水，此操作必须在升温前进行，不能在塔顶有蒸汽出现时再通水，这样会造成塔头炸裂。当釜已经开始沸腾时，打开上、下段保温电源，顺时针方向调节保温电流给定旋钮，使电流维持在 0203A 之处。(注意：不能过大，过大会造成过热，使加热膜受到损坏，另外，还会造成因塔壁过热而变成加热器，回流液体不能与上升蒸气进行气液相平衡的物质传递，反而会降低塔分离效率)。(3)升温后观察塔釜和塔顶温度变化，当塔顶出现气体并在塔头内冷凝时，进行全回流一段时间后可开始出料。(4)有回流比操作时，应开启回流
43、比控制器给定比例(通电时间与停电时间的比值，通常是以秒计)，此比例即采出量与回流量之比。(5)连续精馏时，在一定的回流比和一定的加料速度下，当塔底和塔顶的温度不再变化时，认为已达到稳定。可取样分析，并收集之。6、回流比操作1)显示器：正常工作时，上边四位 LED 数码管显示延时值，下边四位 LED 数码管显示设定值。2)位选键()：设定时，用于选择某位数码，选中的数码呈闪烁状态。3)增加键()设定时，按过位选键()后，按此键，可改变闪烁位的数值，此数值单向增加。144)复位键(曰)：正常工作时，按下复位键，延时器恢复初始状态；抬起复位键，延时器重新开始延时。5)暂停键()：正常工作时按下暂停键
44、，延时停止；抬起暂停键，延时继续。此功能可做累时计。6)延时值设定：在显示范围内利用增加键和位选键即可任意设定继电器的延时值，第一次按位选键( )，POW 指示灯亮，下边第一位数码管闪烁，按增加键()，设定第一位数值，在按位选键( )，下边第二位数码管闪烁，按增加键()，设定第二位数值：依次类推，可设定第三位、第四位数值，此时数码管仍在闪烁，过 8 秒钟， 闪烁停止，设定值便自动存入机内。利用复位键或复位端子或重新上电，都可使延时器开始延时，待延时完毕后，继电器按其工作方式动作。注意：在整个设定过程中，应连续进行，每两步骤之间不应超过 8 秒钟。7、停止操作停止操作时，关闭各部分开关，无蒸汽上
45、升时停止通冷却水。四、实验指导1、分离物系的确定：要选择的物系是属于理想溶液还是非理想溶液，如果是前者分离为较纯的物质，相反的只能分离为共沸组成的物质。为得到较好的数据应选择前者，仅仅为测定塔理论板数的话，最好选正庚烷一甲基环己烷、苯一四氯化碳、苯一二氯乙烷等二元标准体系。2、普通精馏塔可间歇操作亦可连续操作，不管哪种操作都需要一定的稳定时间，尤其是连续操作更是如此。3、通常，在不同的二元混合溶液精馏过程中，可定性的看出塔的效率如何。主要是在全回流条件下取塔顶产物分析，纯度越高则效率越高，对共沸物来说，越接近共沸组成则效率越高4、做为精馏实验教学训练，选取沸点相差较大的二元混合物系为好如：苯一
46、甲苯、苯一二甲苯、甲醇一乙醇、乙醇一丙醇、乙醇一丁醇。己烷一正庚烷等。以醇类同系物为好，适于做连续精馏。5、反应精馏是将反应与分离过程结合在一起于一个装置内完成的操作过程。当反应处在非均相催化状态下时，即为催化精馏过程，两者都是反应精馏。反应精馏的特点是：(1)简化了流程：(2)对放热反应可有效的利用能量：(3)对可逆反应因能即时分离产物而增加了平衡转化；(4)对某些体系可因即时分离产物而抑制了副反应；(5)可采用低浓度原料；(6)因反应物存在可改变系统组分的相对挥发度，能实现沸点相近或具有共沸组成的混合物之间完全分离。反应精馏的应用：主要用于酯化、醚化、皂化、水解、异构体分离等，如：异丁烯
47、+ 甲醇 甲基叔丁醚或其逆反应醋酸 + 醇类 醋酸酯类异丁烯 + 水 叔丁醇氯乙醇、氯丙醇(皂化) 环氧乙烷、环氧氯丙烷等环氧乙烷 + 醇 聚氧乙烯醚过程选择：何种过程才能选用反应精馏?尚未有准确的规定，但从反应物和产物之间挥发度关系去分析考虑还是可行的。把四种物质挥发度大小依次写成 Al，A2，A3，A4 时，(A)当 A 2+A3A1+A4，则反应物挥发度均介于生成物挥发度之间，选用反应精馏肯定有利。可使转化率超过平衡转化率，甚至达到完全转化。最有利的是能实现产物之间的分离，在塔顶或塔底得到纯品。(B)当 A1 十A2A3 十 A4(A2 十 A3=A1)或 A3 十 A4Al+A2(Al
48、+A2A3)，产物挥发度全部大于或小于反应物挥发度，则采用催化精馏才有利。(C)当 A1+A4A2+A3，则所有产物挥发度均介于反应物挥发度之15间，不太适于反应精馏。(D)当 A1+A3=A2+A4 或 A2+A4Al+A3，则反应物和产物挥发度相同也不太适于反应精馏。(E)当 Al+A2A3 A4 或 A1+A3A4，产物与反应物挥发度不同，串联反应适于反应精馏，因产物能不断地被分离可抑制副反应，提高选择性。反应精馏存在许多复杂因素，要求温度比较缓和，要维持在塔内的个各塔板亡有液体即泡点温度，靠调节压力来维持。操作条件相互影响：如进料位置、塔板数、停留时间、催化剂、原料配比、塔内结构，填料形式等都有影响。6、间歇式反应精馏(1)用量筒取 100m1 乙醇倒入蒸馏釜内(2)取 100m1 用已配制好的含硫酸 03(重量百分数)的冰醋酸，将它倒入釜内(3)按操作程序升温。(4)蒸汽上升到塔顶时，全回流二十分钟后启动回流，控制回流比为 4：1，并开始收集出料，分析(5)当全回流时，从侧口向上取样分析直至釜顶(6)停止试验，等不再有液体流回塔釜时，取塔顶流出物和塔釜内残留物称重，并分析其值(7)计算出转化率和收率。列出各分析数据，并画出塔填料高度与塔内组成的关系曲线 7、 连续反应精馏（1）将釜内填加 150m
