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【DOC】精馏塔的操作与塔效率的测定精馏塔是炼油过程中最常见的设备之一，用于将原油中的各种组分进行分离和纯化。
在精馏塔中，液体混合物经过加热后蒸发成气体，在塔内上升过程中与填料进行接触，并在填料中发生大量的相互作用，使得不同组分逐渐分离，最终在不同的塔板（或者说塔层）上收集。
精馏塔的操作和塔效率的测定是石油工业生产中非常重要的环节之一。
一、精馏塔的操作精馏塔的操作过程可以分为两个基本步骤：塔底流量和塔顶温度的调整。
首先是提高塔底流量，以保持塔内液面的稳定；其次是调整塔顶温度，以维持塔内压力的稳定。
调整塔顶温度的方法有两种：1. 调整回流比例回流比例是指精馏塔中经过冷凝器重复回收的液体部分所占的比例。
通过调整回流比例，可以改变塔内的冷却程度，进而调节塔顶温度。
当塔顶温度过高时，可以适当增加回流比例；反之，当塔顶温度过低时，则要减小回流比例。
2. 调整塔顶冷凝器的冷却程度精馏塔的塔顶有一个冷凝器，主要用于将分离出来的组分重新液化。
调整塔顶冷凝器的冷却程度可以直接影响塔顶温度，进而实现塔顶温度的调节。
二、塔效率的测定塔效率是指塔内组分分离的效率，也就是在塔内上升的气体与下降的液体之间的质量传递效率。
将塔效率称为精馏塔的“灵魂”，是因为其直接关系到石油生产效益的高低。
我们可以通过塔效率指数（ETS）来衡量塔的分离效力，ETS反映了塔的版式、填料类型、塔压、液流量和汽流量等因素的综合作用，其数值越大，塔的效率越高，精馏过程也就更完备。
ETS的计算公式是ETS=HETP/B（B是填料高度）。
精馏塔的填料高度是稳定塔效率的关键因素，过高过低都会影响塔的分离效果。
塔效率的测定方法有两种：1. 实际塔塔板出口取样实际塔塔板出口取样是一种直接测定塔效率的实验方法，其原理是在塔板层面上对塔内流体进行采样，然后仔细分析采样液的组分。
这种方法可以测定出组分分离的程度，并且可以定量地分析各组分的相对含量。
由于需要在实际精馏塔上进行实验，所以实验难度和成本较大。
试验十二精馏塔的操作与塔效率的测定一、试验目的1.了解填料塔各局部的构造及精馏过程2.生疏填料塔的操作方法3.学会测定精馏塔的总板效率和单板效率二、试验原理〔一〕维持稳定的精馏过程连续操作的条件；〔二〕依据进料量及组成、产品的分别要求，严格维持物料平衡。
1)总物料平衡---在精馏塔操作时，物料的总进料量应当等于总出料量，即：F =W +D当总物料量不平衡时，进料量大于出料量时，会引起淹塔；相反出料量大于进料量时，会引起塔釜干料，最终都将破坏精馏塔的正常操作。
2)各组分的物料平衡：在满足总物料平衡的条件下，应同时满足下式Fx =Dx +WxFi Di Wix , xD wi肯定的状况下，应严格保证馏出液 D 和釜液 W 的采出率为：D x -x W D= F W , F x -xd W F=1 -F假设塔顶采出率 D/F 过大，即使精馏塔有足够的分别力量，在塔顶仍不能获得规定的合格产品。
〔三〕精馏塔应当有足够的分别力量。
在塔板数肯定的状况下，正常的精馏操作过程要有足够的回流比，才能保证肯定的分别效果，才能获得合格的产品。
一般应跟据设计的回流比严格掌握回流量，回流量=RD.〔四〕应有正常的气液负荷量，避开发生以下不正常操作。
(1)填料塔操作时，液体自塔上部进入，均匀喷洒在截面上，在填料层内液体沿填料外表呈膜状流下，气体自塔下部进入，通过填料缝隙中的自由空间从塔上部排出，气液两相在填料内进展逆流接触，填料上液膜外表为气液两相的主要传质外表，液体能否成膜与填料外表的润湿有关，因此正确选择填料与填料的外表处理有关。
(2) 填料塔在低气速下操作，气速造成的阻力较小，液膜厚度与气体流量关系不大，此时液相为分散相，气体为连续相。
随气速增加，液膜增厚，塔内自由面积削减，塔压降加大。
当气液流量到达某肯定值时，气液两相交互作用猛烈，会消灭液泛现象；塔内滞液量增加，液相转为连续相，气相转化为分散相，以气液形式穿过液层，此时液体返混和气体的液沫夹带现象严峻，传质效果极差，因此填料塔的操作肯定要掌握在某一气液比范围内。
精馏塔操作和全塔效率的测定(总6页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除实验四精馏塔操作和全塔效率的测定一、实验目的⒈ 充分利用计算机采集和控制系统具有的快速、大容量和实时处理的特点，进行精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，得出实验结论。
以掌握实验研究的方法。
⒉ 学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。
⒊ 学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。
⒋ 测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。
二、实验内容本实验为设计型实验，学生应在教师的协助下，独立设计出完整的实验方案，并自主实施。
必须进行的实验内容为1～3，可供选做的实验内容为4～7，最少从中选做一个。
⒈研究开车过程中，精馏塔在全回流条件下，塔顶温度等参数随时间的变化情况。
⒉测定精馏塔在全回流、稳定操作条件下，塔体内温度沿塔高的分布。
⒊测定精馏塔在全回流和某一回流比连续精馏时，稳定操作后的全塔理论塔板数、总板效率和塔体内温度沿塔高的分布。
⒋在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随回流比的变化情况。
⒌在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料流量的变化情况。
⒍在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料组成的变化情况。
⒎在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料热状态的变化情况。
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N T。
按照式（4-1）可以得到总板效率E T，其中N P为实际塔板数。
%100⨯=PTT N N E (4-1)部分回流时，进料热状况参数的计算式为mmF BP pm r r t t C q +-=)( (4-2)式中：t F ——进料温度，℃。
实验四 精馏塔操作和全塔效率的测定一、实验目的⒈ 充分利用计算机采集和控制系统具有的快速、大容量和实时处理的特点，进行精馏过程多实验方案的设计，并进行实验验证，得出实验结论。
以掌握实验研究的方法。
⒉ 学会识别精馏塔内出现的几种操作状态，并分析这些操作状态对塔性能的影响。
⒊ 学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素。
⒋ 测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识。
二、实验内容本实验为设计型实验，学生应在教师的协助下，独立设计出完整的实验方案，并自主实施。
必须进行的实验内容为1～3，可供选做的实验内容为4～7，最少从中选做一个。
⒈ 研究开车过程中，精馏塔在全回流条件下，塔顶温度等参数随时间的变化情况。
⒉ 测定精馏塔在全回流、稳定操作条件下，塔体内温度沿塔高的分布。
⒊ 测定精馏塔在全回流和某一回流比连续精馏时，稳定操作后的全塔理论塔板数、总板效率和塔体内温度沿塔高的分布。
⒋ 在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随回流比的变化情况。
⒌ 在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料流量的变化情况。
⒍ 在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料组成的变化情况。
⒎ 在部分回流、稳定操作条件下，测定塔体内温度沿塔高的分布和塔顶浓度随进料热状态的变化情况。
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N T 。
按照式（4-1）可以得到总板效率E T ，其中N P 为实际塔板数。
%100⨯=PTT N N E (4-1)部分回流时，进料热状况参数的计算式为mmF BP pm r r t t C q +-=)( (4-2)式中：t F ——进料温度，℃。
t BP ——进料的泡点温度，℃。
C pm ——进料液体在平均温度（t F + t P ）/2下的比热，kJ/（kmol ．℃）。
实验六筛板式精馏塔的操作及塔效率的测定一、实验目的1、了解筛板式精馏塔的结构和精馏流程；2、熟悉筛板式精馏塔的操作方法；3、测定部分回流时的全塔效率，并掌握效率测定的方法。
二、实验任务1、在对约15-20%（V）的水和乙醇混合物的精馏中，在冷液加料的情况下，要求达到塔顶馏出液中的乙醇浓度不低于93%（V），乙醇回收率不低于80%（V）。
2、在部分回流的情况下，测定精馏塔的效率。
三、实验操作原理板式精馏塔中，塔釜产生的蒸汽沿塔逐渐上升，来自冷凝器的回流液从塔顶逐板下降，气液两相在足够的塔板数下层层接触，实现传热、传质过程，而达到分离的目的。
在操作方面，可以根据物料衡算及调节回流比和加热蒸汽用量完成实验任务。
本实验过程的原料液组成是恒定的。
因此可以根据进聊量F，由物料衡算控制产品量D和塔底残液量W。
继续精馏塔的物料衡算F=D+W式中------分别为原料液、塔顶产品和塔釜残液组成。
联立以上二式，可得：W/F=1-D/F由上两式可知，在及乙醇回收率确定的条件下，则W/F、也是确定的。
因此，可以根据进料量F来调节塔顶产品量D和残液量W，以满足分离要求。
另一方面，在确定的塔中，提高回流比R，可以提高塔顶产品浓度。
R=L/D V=L+D因此，可以加大蒸汽量V和减少产品量D来提高回流比，但V受到塔液泛速度和塔顶冷凝传热条件限制，而减少D则减少乙醇的回收率。
全塔效率式中，分别表示达到同样的分离要求，所需理论板数和实际板数。
实验装置，构造及流程图：本实验采用筛板式精馏塔装置，整套装置由塔体、供液系统，产品储槽、回流系统以及仪表控制柜等部件组成。
其流程如下图所示。
１、蒸馏釜：蒸馏釜为不锈钢材制成为立式结构，旁边装有玻璃管液面计，可视釜内液面高低、塔釜内以２支１［ＫＷ］的电加热棒进行加热。
其中一支是常家热而另一支通过自耦变压器。
可在０－１［ＫＷ］范围内调节。
２、塔身系采用不锈钢管制成。
设有二个加料口供选择，全塔有１５块。
精馏塔的操作与塔效率的测定1、 原始数据2、图解法求理论塔板数0.97d x = (塔顶组成) 0.31f x =(原料液组成) 0.11w x = (塔釜组成)回流比：R=22/16=1.3750.970.4081 1.3751d x R ==++ 比热K Kg KJ C ）p ⋅=/05.3(1乙醇 K Kg KJ C ）p ⋅=/538.2(2丁醇汽化潜热r 1=40.476KJ/mol r 2=45.9006KJ/mol12(1) 2.697/124.062/p p f p f C C x C x KJ kg K KJ kmol K =+-=⋅=⋅ 12(1)44219/f f r r x r x KJ kmol =+-=泡点查得为T=98.0℃ 16.8f t =℃（用温度计在原料储罐中测出）1() 1.228p C q T t r=+-=5.3861qK tg q α===-斜率 79.48οα=从图示所得: N T =6塔板效率: 16133.33%15T N N η--===图1 泡点温度图解法图2 图解法求理论塔板数Xw XyXdXd/(R+1)x f =0.3144T =98.0℃x 乙→绘图步骤:1、 将讲义上给出的相平衡数据（T~x~y 数据中的x~y ）标绘到x~y 坐标上，得相平衡曲线；2、 作一条对角线；3、 从x d 、x f 、x w 作垂直线至对角线上，交于点a 、d 、b ；4、 在Y 轴上标出截距为1R x d的点，连接此点和a 点，得精馏段操作线； 5、 过 d 点作斜率为K 的一条直线交精馏段操作线与c 点；6、 连接bc 得提馏段操作线；7、 从a 点开始，在精馏段操作线、提馏段操作线与相平衡曲线之间来回作阶梯，即得理论板数。
adb c相平衡曲线精馏段操作线提馏段操作线进料辅助线↑ x w↑ x f↑ x dx →乙1dx R →+图1 泡点温度图解法图2 图解法求理论塔板数adb c相平衡曲线精馏段操作线提馏段操作线进料辅助线↑ x w↑ x f↑ x dx →乙1dx R →+ x f =0.3144T =98.0℃x 乙→。
精馏塔的操作及塔效率的测定实验
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1、了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏过程的基本操作方法。
2、学会判断系统达到稳定的方法，掌握测定塔顶、塔釜溶液浓度的实验方法。
3、学习测定精馏塔全塔效率和单板效率的实验方法，研究回流比对精馏塔分离效率的影响。
二、基本原理
1、全塔效率全塔效率又称总板效率，是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值，即式中，－完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜；－完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置＝10。
全塔效率简单地反映了整个塔内塔板的平均效率，说明了塔板结构、物性系数、操作状况对塔分离能力的影响。
对于塔内所需理论塔板数，可由已知的双组分物系平衡关系，以及实验中测得的塔顶、塔釜出液的组成，回流比R和热状况q等，用图解法求得。
2、单板效率单板效率又称莫弗里板效率，如图1所示，是指气相或液相经过一层实际塔板前后的组成变化值与经过一层理论塔板前后的组成变化值之比。
图1 塔板气液流向示意按气相组成变化表示的单板效率为按液相组成变化表示的单板效率为式中，、－离开第n、n+1块塔板的气相组成，摩尔分数；、－离开第n-
1、n块塔板的液相组成，摩尔分数；－与成平衡的气相组成，摩尔分数；－与成平衡的液相组成，摩尔分数。
3、图解法求理论塔板数图解法又称麦卡勃－蒂列（McCabe －Thiele）法，简称M－T法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程在y－x图上直观地表示出来。
精馏段的操作线方程为：式中，－精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；－精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数；－塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数；－泡点回流下的回流比。
提馏段的操作线方程为：式中，－提馏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数；－提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数；－塔底釜液的液体组成，摩尔分数；－提馏段内下流的液体量，kmol/s；－釜液流量，kmol/s。
加料线（q线）方程可表示为：其中，式中，－进料热状况参数；－进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；－进料液的泡点
温度，℃；－进料液温度，℃；－进料液在平均温度/2下的比热容，kJ/（kmol℃）；－进料液组成，摩尔分数。
回流比R的确定：式中，－回流液量，kmol/s；－馏出液量，kmol/s。
式只适用于泡点下回流时的情况，而实际操作时为了保证上升气流能完全冷凝，冷却水量一般都比较大，回流液温度往往低于泡点温度，即冷液回流。
如图2所示，从全凝器出来的温度为、流量为的液体回流进入塔顶第一块板，由于回流温度低于第一块塔板上的液相温度，离开第一块塔板的一部分上升蒸汽将被冷凝成液体，这样，塔内的实际流量将大于塔外回流量。
图2塔顶回流示意图对第一块板作物料、热量衡算：对上面两式整理、化简后，近似可得：即实际回流比：式中，、－离开第 1、2块板的气相摩尔流量，kmol/s；－塔内实际液流量，kmol/s；、、、－指对应、、、下的焓值，kJ/kmol；－回流液组成下的汽化潜热，kJ/kmol；－回流液在与平均温度下的平均比热容，kJ/（kmol℃）。
（1）全回流操作在精馏全回流操作时，操作线在y－x图上为对角线，如图3所示，根据塔顶、塔釜的组成在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论塔板数。
图3 全回流时理论板数的确定（2）部分回流操作部分回流操作时，如图4，图解法的主要步骤为： A、根据物系和操作
压力在y－x图上作出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线；B、在x轴上定出x＝xD、xF、xW三点，依次通过这三点作垂线分别交对角线于点a、f、b； C、在y轴上定出yC＝xD/(R+1)的点c，连接a、c作出精馏段操作线； D、由进料热状况求出q线的斜率q/（q-1），过点f作出q线交精馏段操作线于点d； E、连接点d、b作出提馏段操作线； F、从点a开始在平衡线和精馏段操作线之间画阶梯，当梯级跨过点d时，就改在平衡线和提馏段操作线之间画阶梯，直至梯级跨过点b为止； G、所画的总阶梯数就是全塔所需的理论踏板数（包含再沸器），跨过点d的那块板就是加料板，其上的阶梯数为精馏段的理论塔板数。
图4部分回流时理论板数的确定三、实验装置和流程本实验装置的主体设备是筛板精馏塔，配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。
筛板塔主要结构参数：塔内径D＝68mm，厚度d＝2mm，塔节F76´4，塔板数N＝10块，板间距HT＝100mm。
加料位置由上向下起数第6块和第8块。
降液管采用弓形，齿形堰，堰长56mm，堰高
7、3mm，齿深
4、6mm，齿数9个。
降液管底隙
4、5mm。
筛孔直径d0＝
1、5mm，正三角形排列，孔间距t＝5mm，开孔数为74个。
塔釜为内电加热式，加热功率
4、5kW，有效容积为10L。
塔顶冷凝器、塔釜换热器均为盘管式。
本实验料液为乙醇溶液，釜内液体由电加热器产生蒸汽逐板上升，经与各板上的液体传质后，进入盘管式换热器壳程，由冷却水冷凝成液体后再从集液器流出，一部分作为回流液从塔顶流入塔内，另一部分作为产品馏出，进入产品贮罐；残液流入釜液贮罐。
精馏过程如图5所示。
四、实验步骤与注意事项本实验的主要操作步骤如下：
1、全回流（1）配制浓度10%~20%(酒精的体积百分比)的料液加入釜中，至釜容积的2/3处。
（2）检查各阀门位置，启动电加热管电源，使塔釜温度缓慢上升（因塔中部玻璃部分较为脆弱，若加热过快玻璃极易碎裂，使整个精馏塔报废，故升温过程应尽可能缓慢）。
（3）打开塔顶冷凝器的冷却水，调节合适冷凝量，并关闭塔顶出料管路和料液进料管路，使整塔处于全回流状态。
（4）当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后，分别取塔顶浓度XD和塔釜浓度XW，送色谱分析仪分析。
2、部分回流（1）在储料罐中配制一定浓度的酒精-水溶液（约10~20%）。
（2）待塔全回流操作稳定时，打开进料阀，调节进料量至适当的流量。
（3）控制塔顶回流和出料两转子流量计，调节回流比
R(R=1~4)。
（4）当塔顶、塔内温度读数稳定后即可取样。
3、取样与分析（1）进料、塔顶、塔釜从各相应的取样阀放出。
（2）塔板取样用注射器从所测定的塔板中缓缓抽出，取1ml 左右注入事先洗净烘干的针剂瓶中，并给该瓶盖标号以免出错，各个样品尽可能同时取样。
（3）将样品进行色谱分析。
4、注意事项（1）塔顶放空阀一定要打开，否则容易因塔内压力过大导致危险。
（2）料液一定要加到设定液位2/3以上方可打开加热管电源，否则塔釜液位过低会使电加热丝露出干烧致坏。
五、数据记录及处理
1、全回流电压：塔顶含量：塔釜含量：部分回流电压： L： D： F: W: 塔顶含量：塔釜含量：六、思考题
1、测定全回流和部分回流总板效率与单板效率时各需测几个参数？取样位置在何处？
2、全回流时测得板式塔上第n、n-1层液相组成后，如何求得xn* ，部分回流时，又如何求xn*？
3、在全回流时，测得板式塔上第n、n-1层液相组成后，能否求出第n层塔板上的以气相组成变化表示的单板效率？
4、查取进料液的汽化潜热时定性温度取何值？
5、若测得单板效率超过100%，作何解释？
6、试分析实验结果成功或失败的原因，提出改进意见。
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