精馏塔实验
(一) 精馏塔 名 直 径 高 度 称 （毫米） （mm） 塔 体 Φ57×3.5 800 板间距 （mm） 100 板 数 (块) 7 板型、孔降液管 径（mm） 筛板 Φ8×1.5 1.8 材 质 紫铜 塔 釜 Φ100×2 300 不锈钢 塔 顶 Φ57×3.5 300 不锈钢 冷凝器 塔 釜 Φ57×3.5 300 不锈钢 冷凝器 (二) 物系 (乙醇─正丙醇) 1. 纯度: 化学或分析纯.
2. 平衡关系: 见表1.
3. 料液浓度:15-25％(乙醇质量百分数).
4. 浓度分析用阿贝折光仪(用户自备).折光指数与溶液浓度的关系见表2. 表 1 乙醇─正丙醇 t-x-y 关系
( 均以乙醇摩尔分率表示,x-液相; y-气相 )
t 97.60 93.85 92.66 91.60 88.32 86.25 84.98 84.13 83.06 80.50 78.38 x 0 0.126 .188 0.210 0.358 0.461 0.546 0.600 0.663 0.884 1.0 y 0 0.240 0.318 0.349 0.550 0.650 0.711 0.760 0.799 0.914 1.0 上列平衡数据摘自: J.Gmebling,U.onken ?Vapor─liquid?Equilibrium Data
Collection─Organic Hydro xy Compounds: Alcohols(p.336)。
乙醇沸点: 78.3℃; 正丙醇沸点:97.2℃.
表 2 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 0.5990 25℃ 1.3827 1.3815 1.3797 1.3770 1.3750 1.3730 1.3705 1.3680 30℃ 1.3809 1.3796 1.3784 1.3759 1.3755 1.3712 1.3690 1.3668 35℃ 1.3790 1.3775 1.3762 1.3740 1.3719 1.3692 1.3670 1.3650 (续表2) 0.6445 0.7101 0.7983 0.8442 0.9064 0.9509 1.000 25℃ 1.3607 1.3658 1.3640 1.3628 1.3618 1.3606 1.3589 30℃ 1.3657 1.3640 1.3620 1.3607 1.3593 1.3584 1.3574 35℃ 1.3634 1.3620 1.3600 1.3590 1.3573 1.3653 1.3551 对30℃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: Ｗ＝58.844116－42.61325 ×nD
其中Ｗ为乙醇的质量分率; nD为折光仪读数 (折光指数). 由质量分率求摩尔分率(XＡ):
乙醇分子量ＭＡ＝46; 正丙醇分子量ＭB＝60
W(AXA?W(AMA)?)MA[1?(WA)]
MB
（三）实验设备的基本情况
精馏塔为筛板塔,全塔共有7块塔板由紫铜板制成,塔高1.5米,塔身用内径为50毫米的不锈钢管制成,每段为10厘米,焊上法兰后,用螺栓连在一起,并垫上聚四氟乙烯垫防漏,塔身的第二段和第九段是用耐热玻璃制成的,以便于观察塔内的操作状况。除了这两段玻璃塔段外,其余的塔段都用玻璃棉保温。降液管是由外径为8毫米的铜管制成。筛板的直径为54毫米,筛孔的直径为2毫米。塔中装有铂电阻温度计用来测量塔内汽相温度。
塔顶的全凝器和塔底冷却器内是直径为8毫米做成螺旋状的的铜管,外面是不锈钢套管。塔顶的物料蒸气和塔底产品在铜管外冷凝、冷却,铜管内通冷却水。塔釜用电炉丝进行加热,塔的外部也用保温棉保温。
混合液体由高位槽经转子流量计计量后进入塔内。塔釜的液面计用于观察塔釜内的存液量。塔底产品经过冷却器由平衡管流出。回流比调节器用来控制回流比,馏出液储罐接收馏出液。
（四）实验数据计算过程及结果： (1) 全回流
塔顶样品折光指数nD＝1.3610
乙醇的质量分率Ｗ＝58.844116－42.61325 ×nD
＝58.844116－42.61325 ×1.3610 =0.847
(0.847)46)?(1?0.847)?0.879 60 摩尔分率 Xd?(0.84746同理：塔釜样品折光指数nD＝1.3780
乙醇的质量分率Ｗ＝58.844116－42.61325 ×nD
＝58.844116－42.61325 ×1.3780 =0.132
摩尔分率xw=0.155
在平衡线和操作线之间图解理论板4.03 （见图一） 全塔效率η
?Nt4.03??57.6% NP7(2) 部分回流（R=4）
塔顶样品折光指数nD＝1.3640 塔釜样品折光指数nD＝1.3785 进料样品折光指数nD＝1.3740
由全回流计算出质量、摩尔浓度 XD＝0.77 ；Xw＝0.129；Xf＝0.351 进料温度tf＝29.6℃
在Xf＝0.351下泡点温度88.7℃
乙醇在59.15℃下的比热Cp1=3.07（kJ/kg.℃） 正丙醇在59.15℃下的比热Cp2=2.85（kJ/kg.℃） 乙醇在88.7℃下的汽化潜热r1=819（kJ/kg） 正丙醇在88.7℃下的汽化潜热r2=680（kJ/kg）
混合液体比热Cpm=46×0.351×3.07+60×（1-0.351）×2.85=160.54（kJ/kmol.℃）
混合液体汽化潜热r pm=46×0.351×819+60×（1-0.351）×680=39702（kJ/kmol）
Cpm?(tB?tF)?rm160.54?(88.7?29.6)?39702??1.24 q?rm39702 q线斜率?q?5.16 q?1在平衡线和精馏段操作线、提馏段操作线之间图解理论板板数4.55（见图二） 全塔效率η?
Nt?65.1% NP