筛板式精馏塔不同进料位置的塔板效率钟荣丹

更多资料请访问.(.....)板式精馏塔的操作与塔效率的测定一、实验目的(1)熟悉板式塔的结构及精馏流程；(2)理论联系实际，掌握精馏塔的操作；(3)学会精馏塔塔效率的测定方法。

二、基本原理1．二元精馏过程的质量指标和操作变量精馏塔的进料通常是前一工序或另一精馏塔的出料，为简化讨论，认为它稳定不变。

二元精馏过程的质量指标是塔顶塔釜的轻组分含量和。

主要操作变量是塔顶采出率D和塔釜加热量Qh。

2．维持连续精馏过程稳定操作的条件(1)根据进料量及组成、产品的分离要求，严格维持物料平衡。

1）总物料平衡：塔的总进料量应恒等于总出料量。

即F = D + W当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情况下，应同时满足轻组分物料平衡。

即由上述二式可知：为获得合格产品，必须保证一定的塔顶、塔釜采出率：和实际操作中，塔釜采出率W一般是根据塔釜液位的高低来操作，而塔顶采出率D的大小则直接影响着质量指标。

（2）精馏塔应有足够的分离能力。

在塔板数一定的情况下，正常的精馏操作要有足够的回流比，才能保证一定的分离效果，得到合格的产品。

而回流比的大小是由塔内热量衡算所决定，其中，塔釜加热量Qh是个十分重要的操作变量。

（3）精馏塔操作时，塔内应有正常的气液负荷量，避免发生以下不正常的操作状况：1)严重的液沫夹带现象上升气流将塔板上的液体的一部分带至上层塔板，这种现象称为液沫夹带。

液沫夹带是一种与液体主流方向相反的流动，属返混现象，将使板效率降低。

液流量一定时，气速过大将引起大量的液沫夹带，严重时还会发生夹带液泛，破坏塔的正常操作。

2)严重的漏液现象精馏塔内，液体与气体在塔板上应进行错流接触，但是当气速较小时，部分液体会从塔板开孔处直接漏下。

这种液漏现象使气、液两相不能充分接触。

严重的液漏将使塔板上不能持液而无法正常操作。

3）溢流液泛因受降液管通过能力的限制而引起的液泛称溢流液泛。

实验六 筛板精馏塔的操作及其性能评定混合物的分离是化工生产中的重要过程，精馏是分离液体混合物的重要单元操作之一，广泛应用于化工、石油等工业部门。

精馏过程在精馏塔内完成。

根据精馏塔内构件不同，可将精馏塔分为板式塔和填料塔两大类；根据塔内气、液接触方式不同，亦可将前者称为级式接触传质设备，后者称为微分式接触传质设备。

精馏是通过加热造成气液两相物系，利用物系中各组分的挥发度不同的特性以实现分离的目的。

例如：苯与甲苯的混合体系、乙醇与水的混合体系等。

一、实验目的1．了解连续精馏装置的构造及基本流程，掌握精馏塔的操作方法。

2．掌握精馏塔全塔效率和部分回流效率的测定方法。

3．理解回流比、蒸汽速度等对精馏塔性能的影响。

4．在部分回流条件下进行连续精馏操作，在规定时间内完成500ml 乙醇产品的生产任务，并要求塔 顶产品中的乙醇体积分数大于0.93，同时塔釜出料中乙醇体积分数小于0.03。

二、实验原理（一）精馏塔的效率及测定塔板是板式精馏塔的主要构件，是气、液两相接触传热、传质的媒介。

通过对塔釜液体的加热，从塔底沸腾汽化的上升蒸汽流和从塔顶冷凝的下降液体流（回流），在塔板液层上进行气液两相的热交换和质交换，依据组分的挥发度不同，轻组分随蒸气流向上，重组分随液体流向下，从而完成液体混合物的分离目的。

1.对于二元物系，已知其气液平衡数据，则根据馏出液组成D x ，原料液组成F x ，残液组成W x ，回流比R 和进料状态，则可求得理论塔板数。

2.精馏塔稳定操作时，在进料条件和工艺分离要求确定后，要严格维持塔内的总物料平衡和组分物料平衡，即要满足总的物料平衡，即W D F +=各组分的物料平衡，即W D F W x Dx Fx +=3.精馏塔的全塔效率E ，是理论塔板数N T 与实际塔板数N P 之比（理论塔板数皆不包括蒸馏釜）。

%100⨯=PTN N E 4. 精馏段操作线方程：D x R x R R y 111+++=提馏段操作线方程：W x WL Wx W L L y -'--''=进料方程（q 线方程）：11---=q x x q qy F （二）精馏塔的操作及调节精馏塔操作目标包括质量指标和产量指标。

实验九筛板式精馏塔实验一、实验目的1．了解筛板精溜塔和附属设备的基本结构。

2．掌握精溜过程的基本操作方法。

3．测定塔顶、塔底及塔板上的液相组成，据此求取全回流工况下的理论塔板数全塔效率和单板效率。

4．调节精溜塔的进、出料量和塔釜加热功率，使精溜塔稳定达到所需回流比下的部分回流工况。

5．测定塔顶、塔底液相组成，据此求取回流比下的理论塔板数和全塔效率。

6．调节精流塔使其稳定操作于不同的回流比工况，求取相应的全塔效率。

7．分析实验结果，归纳总结回流比对精流塔分离效率的影响二、基本原理在板式精流塔的精溜过程中，每一层塔板的汽、液相间进行着热、质传递，。

通常用塔的塔板效率表示塔板上传质的完善程度。

最常用的有单板效率和全塔效率。

单板效率直接反映单独一层塔板上传质的优劣，常用于塔板研究中，而全塔效率是反映整个塔的平均传质效果，常用于板式塔的设计中。

1．全回流操作时的单板效率和全塔效率。

1.1 单板效率单板效率指气相（或液相）经过实际塔板的组成变化值与经过理论板所达到的组成变化值之比，单板效率统称由实验测的。

汽相单板效率：Emv=(yn-yn+1)/(yn’-yn+1)液相单板效率：Eml=(xn-1-xn)/(xn-1-xn’)式中：yn，yn+1 ---------离开第块塔板的蒸汽组成，摩尔分数xn-1,xn------离开第块塔板的液体组成,摩尔分数y*n--------与成平衡的气相组成,摩尔分数xxn*------与T成平衡的液相组成,摩尔分数考虑到全回流操作时的操作线方程:则5-1式可以写成:Emv = (xn-1-xn)/(yn*-xn)1.2 全塔效率ET = (NT-1)/NP ×100%式中：NT----一定分离任务所需要的理论塔板数，包括蒸馏釜NP-----完成一定分离任务所需要的实际塔板数，本装置NP=8在精流塔中全回流操作时，操作曲线在图上为对角线，根据塔底的组成在操作线和平衡线见作梯级，即可得到理论塔板数。

板式精馏塔进料口最佳位置的确定及理论塔板数的求解王中麟(南京师范大学,南京,210042)摘要精馏是一种重要的工业单元操作,广泛用于石油、化工、轻工、制药、原子能等工业及生物工程、环境保护工程中。

精馏是一种高投入的操作。

其中塔板数和进料位置对投资、操作费用及产品质量影响重大。

主要讨论五种进料热状态下的进料口最佳位置的确定和精、提馏操作段内理论塔板数的确定。

关键词理论塔板;精馏操作段;提馏操作段;相平衡分类号TQ028. 13The Discussion of Determination about the Best Entrance of Raw Materials and the Number of Theoretical Plates inRectifying Tower/ Wang Zhonglin (Nanjing Normal University , Nanjing 210042 , P. R. China) / / Journal of NortheastForest ry University. - 2004 ,32 (2) . - 91～93Rectification is one kind of important unit - operation of indust ry , which has been used in wide - ranging of indus2t ry , such as oil indust ry , chemical engineering , light indust ry , pharmacy , indust ry of atom , bioengineering and engi2neering of environmental protection. Rectification is a kind of unit - operation that needs high cost . The number of theo2retical plates and ent rance of raw materials can affect the cost of investment and o peration as well as the quality of produc2tion greatly. The determination about the best ent rance of raw materials and the number of theoreticalplates in rectifyingsection and st ripping section with five kinds of heat - states is discussed.Key words Theoretical plate ; Rectifying section ; St ripping section ; Vapour - liquid phase equilibrium精馏在工业生产中是一种重要的,且应用非常广泛的传质单元操作。

实验一 筛板塔精馏实验一、实验目的了解筛板式精馏塔的结构，掌握其操作方法，观察气液两相接触状况的变化。

测定在全回流时精馏塔总板效率，分析气液接触状况对总板效率的影响。

二、实验装置1—原料液罐 2—进料泵 3—塔身 4—塔釜加热器 5—高位槽 6—转子流量计 7—冷凝器 8—回流比分配器 9—塔顶储液罐 10—冷却器 11—塔釜储液罐精馏装置流程示意图三、实验原理将双组分溶液加热，使其部分气化，则气相中的易挥发组分的浓度高于原物系的浓度。

对于沸点相近的双组分溶液，可以将液相再次部分气化，气相部分液化。

在板式塔内进行多级的上述过程，易挥发组分在气相中不断提浓，并在塔顶馏出；难挥发组分在液相中不断提浓，并在塔底采出，从而使两组分得到纯化。

精馏的必要条件是建立气-液两相的逆流接触（上升蒸气和回流液）。

总板效率E T 的测定：达到一定分离要求所理论板数和实际板数之比称为塔的总板效率 E T 。

即：T T P N E N1. 全回流操作时理论板数可通过逐板计算或利用汽液平衡数据通过图解法求出。

（1）逐板计算法求理论板数 根据芬斯克方程式min1lg 11lg W D D W mx x x x N α⎡⎤-⋅⎢⎥-⎣⎦=- （不包括再沸器） 式中：αm ——塔内平均相对挥发度，可取塔顶与塔釜间的几何平均值。

m α=（2）图解法求理论板数利用相平衡数据作出平衡线，根据测出的x D 、x W ，在对角线和平衡线间交替作梯级，即可求出全回流时的理论板数。

2. 部分回流操作时可通过图解法求出理论板数（参考化工原理教材）四、实验方法(一) 实验前准备、检查工作1. 将与阿贝折光仪配套的恒温水浴调整运行到所需的温度,并记下这个温度(例如30℃)。

检查擦镜头纸是否准备好。

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6000毫升左右),然后倒入原料液罐。

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。

筛板塔精馏操作及效率测定一、实验目的1. 了解板式塔的结构和流程，并掌握其操作方法；2. 测定筛板塔在全回流和部分回流时的全塔效率。

二、实验材料和装置精馏塔装置由塔釜、塔体、全凝器、加料系统、回流系统、贮槽（原料、产品、釜液）以及测量、控制仪表等组成。

装置流程见手绘图。

装置规格介绍：筛板精馏塔内径68mm，共7块塔板，其中精馏段5块，提馏段2块；精馏段塔板间距150mm，提馏段塔板间距180mm；筛孔孔径1.5m，正三角形排列，孔间距4.5mm，开孔数104个。

装置采用电加热，塔釜内有3支额定功率为3kW的螺旋管加热器。

三、实验原理1．在板式精馏塔中，偏离平衡的汽液两相在塔板上进行传质、传热，当离开该板的汽、液两相组成平衡、温度相同时，则此板称为理论板。

实际操作中，由于塔板上的汽、液两相接触时间有限及相间返混等因素影响，使汽、液两相尚未达到平衡即离开塔板。

即一块实际塔板的分离效果达不到一块理论板的作用，因此精馏塔所需的实际板数比理论板数多。

2．全回流操作时的全塔效率ET的测定全塔效率（总板效率）E T×100%E T=N T−1N P式中：N T—为完成一定分离任务所需的理论板数，包括蒸馏釜；N P—为完成一定分离任务所需的实际板数，本装置N P=7块。

在全回流操作中，操作线在x-y图上为对角线。

根据实验中所测定的塔顶组成x D、塔底组成x W（均为摩尔百分数）在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论板数N T。

3. 部分回流时全塔效率E T’的测定3.1 精馏段操作线方程为：y n+1=RR+1x n+x DR+1式中：R—回流比；x D—塔顶产品的组成，摩尔百分数。

实验中回流量由回流转自流量计测量，但由于实验操作中一般作冷液回流，所以实际操作回流量应作如下修正：L=L0[1+C pD(t D−t R)r D]式中；L0—回流转子流量计上的读数值，ml/min；L—实际回流量，ml/min；t D—塔顶液相温度，℃；t R—回流液温度，℃；C pD——塔顶回流液在平均温度（t D+t R2）下的比热，kJ/kg·K；r D——塔顶回流液组成下的汽化潜热，kJ/kg 。

实验四、精馏塔的操作与塔板效率的测定一、实验目的了解精馏塔的构造，熟悉精馏工艺流程；熟悉精馏塔操作方法；测定筛板精馏塔在全回流情况下的全塔效率；二、实验原理实验装置为电加热筛板塔，操作方式为全回流：塔顶蒸汽冷凝后全部回到塔内，即回流比无限大，此时操作线方程为x y = 全塔效率为N N E T=， T N ：理论板数，N ：实际板数，15块测取数据：塔顶浓度D x ，塔釜浓度W x塔内物系：20%（V/V ）的乙醇和水混合物三、实验步骤：实验开始时，釜内液位高度约2/3。

调节加热电压至100V 左右，使塔操作正常.观察塔顶温度与塔底温度基本不变，用锥形瓶分别接取一定量的塔顶回流液、塔釜残液，冷却到40℃以下。

将冷却液倒入量筒中，用酒精计测取其比重，读数为体积分率，同时测量溶液温度。

查表，将体积分率换算成20℃时的体积分率。

查酒精在20℃时的体积分率与摩尔分率的关系曲线，得出酒精的摩尔分率。

注意事项：1．注意蒸馏釜液位处在正常位置； 2． 调节加热电压不宜忽大忽小。

五、实验数据实验在全回流条件下测定数据为2号实验装置：塔顶温度：77.5℃ 塔底温度：91.3℃ 加热电压：101..2V 冷却水流量：95L/h1号实验装置：塔顶温度：77.5℃ 塔底温度：91.8℃ 加热电压：102.4V 冷却水流量：78L/h六、数据处理与讨论根据以上测定数据，用图解法求出2号实验装置全塔的理论板数为6-1=5。

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.00.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0y x附图1. 图解法求2号实验装置理论板层数计算全塔效率E=5/15=33.3%1号实验装置全塔的理论板数为12-1=11。

0.00.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.00.00.10.20.30.40.50.60.70.80.91.0y x附图1. 图解法求1号实验装置理论板层数计算全塔效率E=11/15=73.3%讨论：2号实验装置与1号实验装置的全塔效率相差很大，从操作条件看，只有冷却水流量不同，其它基本相同。

不同回流位置板式精馏塔效率的测定比较一﹑实验目的1.了解精馏装置的基本流程及筛板精馏塔的结构，熟悉精馏操作方法；2. 熟悉板式精馏塔结构和精馏流程，掌握精馏操作方法。

3. 掌握精馏塔全塔效率的测定方法。

4.研究不同回流位置下的塔顶组成、全塔效率的变化。

二、基本原理1.精馏塔操作要领(1)维持好物料平衡，即F ＝D ＋WFx F ＝Dx D ＋Wx W (1) 或W D F D W D W F x x x x F W x x x x F D --=--= (2)式中：F 、D 、W —分别为进料、馏出液、釜残液的流率，kmol.s -1;x F 、x D 、x W ―分别为进料、馏出液、釜残液中轻组分的组成摩尔分率；D/F 、W/F ―分别为塔顶、塔底的采出率。

若物料不平衡，当F ＞D+W 时，将导致塔釜、降液管和塔板液面升高，压降增大，雾沫夹带增加，严重时甚至会淹塔；当F ＜D+W 时，将导致塔釜、降液管和塔板液面降低，漏液量增加，塔板上气液分布不均匀，严重时甚至会干塔。

在规定的精馏条件下，若塔顶采出率D/F 超出正常值，即使精馏塔具有足够的分离能力，从塔顶也不能得到规定的合格产品；若塔底采出率W/F 超出正常值，则釜残液的组成将增加，既不能达到分离要求，也增加了轻组分的损失、(2)控制好回流比。

精馏塔应采用适宜的回流比操作，在塔板数固定的情况下，当满足Dx D ≤Fx F 且塔处于正常流体力学状态时，加大回流比能提高塔顶馏出液组成x D ，但能耗也随之增加。

加大回流比的措施，一是减少馏出液量，二是加大塔釜的加热速率和塔顶的冷凝速率，但塔釜的加热速率和塔顶的冷凝速率在装置中是有限度的。

因此在操作过程中，调节回流比时要将两者协调好，尤其是后者涉及维持热量平衡。

（3）精馏塔是分离均相混合物的重要设备。

衡量板式精馏塔分离性能，一般用总板效率表示：pT N N E =(3) 式中：E —总板效率；N T —理论板层数；N P —实际板层数。