筛板塔精馏实验

一．实验目的

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ET

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：

NT——完成一定分离任务所需的理论塔板数，包括蒸馏釜； NP——完成一定分离任务所需的实际塔板数，本装置NP＝10。 2．图解法求理论塔板数NT

以回流比R写成的精馏段操作线方程如下：

yn+1——精馏段第n+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数； xn——精馏段第n块塔板下流的液体组成，摩尔分数； xD——塔顶溜出液的液体组成，摩尔分数； R——泡点回流下的回流比。

提馏段操作线方程如下：

ym+1——提馏段第m+1块塔板上升的蒸汽组成，摩尔分数； xm——提馏段第m块塔板下流的液体组成，摩尔分数； xW－塔底釜液的液体组成，摩尔分数； L'－提馏段内下流的液体量，kmol/s；

W－釜液流量，kmol/s。

加料线（q线）方程可表示为：

其中，

q——进料热状况参数；

rF——进料液组成下的汽化潜热，kJ/kmol； tS——进料液的泡点温度，℃； tF——进料液温度，℃；

cpF——进料液在平均温度 (tS ? tF ) /2 下的比热容，kJ/（kmol℃）； xF——进料液组成，摩尔分数。 （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1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1 全回流时理论塔板数确定

（2）部分回流操作

部分回流操作时，如图2，图解法的主要步骤为：

A.根据物系和操作压力画出相平衡曲线，并画出对角线作为辅助线； B.在对角线上定出a点(xD，xD)、f点(xF，xF)和b点(xW，xW)；

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，过点f作出斜率为q/（q-1）的q线交精馏段操作线于点d，连接点d、b作出提馏段操作线；

E.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2 部分回流时理论板数的确定

本实验料液为乙醇水溶液，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，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；残液经釜液转子流量计流入釜液贮罐。

三．实验步骤

实验主要操作步骤如下： 1．全回流

（1）在贮罐中配制浓度21%(体积百分比)的料液，以泵混合均匀。打开进料管路上的阀门，由进料泵将料液打入塔釜，观察塔釜液位计高度，进料至釜容积的2/3处。

（2）关闭塔身进料管路上的阀门，启动电加热管电源，逐步增加加热电压，使塔釜温度缓慢上升。