板式精馏塔设计系实验报告.doc

板式精馏塔实验报告 学院：广州大学化学化工学院 班级：10精工 分组：第七组 姓名： 其他组员： 学号：1005200081 指导老师： 实验时间2012.11.15 摘要：本文对筛板精馏塔的性能进行全面的测试，主要对乙醇正丙醇精馏过程中的不同实验操作条件进行探讨，得出了塔釜浓度、回流比、进料位置等与全塔效率的关系，确定了该筛板精塔的最优实验操作条件。关键词：精馏；回流比；全塔效率 Abstract:The sieve plate distillation column performance comprehensive testing, mainly on ethanol isopropyl alcohol distillation process in the different experimental conditions were discussed, the reactor concentration, reflux ratio, feed location and the entire towerThe relationship between the efficiency of sieve plate tower, determine the optimal experimental conditions of fine.Key words: Distillation; reflux ratio; the tower efficiency 引言：精馏过程的节能措施一直是人们普遍关注的问题。精馏操作是化工生产中应用非常广泛的一种单元操作，也是化工原理课程的重要章节2。分析运行中的精馏塔，当某一操作条件改变时的分离效果变化，属于精馏的操作型问题4。这类问题取材于工程实践，是培养工程观念、提高学生解决实际问题能力的好方法，但同时也成为学习的难点。在工业生产中，充分掌握操作条件各类因素的影响，对提高产品的质量稳定生产，提高效益有重要的意义。本研究从塔釜浓度、回流比、进料位置、全回流和部分回流等操作因素对数字型筛板精馏塔进行全面考察1，得出一系列可靠直观的结果，加深对精馏操作中一些工程概念的理解，对工业生产有一定的指导意义通过本实验我们得出了大量的实验数据，由计算机绘图找出最优一组实验参数,在这组参数下进行提纯将会节约大量能源，同时为今后开出的设计型、综合型、研究型的实验项目，为学生的创新性科研项目具有重要的教改意义3。1.实验部分1.1 实验目的1. 充分利用化工原理知识，对精馏过程多实验方案进行设计，并进行实验验证，得出实验结论，以掌握实验研究的方法；2. 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；3.学习精馏塔性能参数的测量方法，并掌握其影响因素；4.测定精馏过程的动态特性，提高学生对精馏过程的认识；1.2 实验内容1.研究在全回流条件下，开车过程中塔顶温度等参数随时间的变化情况及规律。2.测定精馏塔在全回流条件下稳定操作时塔内温度和浓度沿塔高的分布，研究其分布情况及规律。3.测定精馏塔在全回流时全塔理论塔板数、总板效率。4.测定精馏塔在某一回流比时全塔理论塔板数、总板效率。5.测定在部分回流时总板效率随回流比的变化情况。6.测定在部分回流时总板效率随进料位置的变化情况。1.3实验材料与装置 物系：乙醇-正丙醇（1）、纯度：分析纯或化学纯（2）、料液浓度：1525%（乙醇的质量百分数） 精馏塔数据采集和过程控制实验装置(1) 装置总高度为1500mm，塔径为80mm，共有10块塔板(2) 分离物系：乙醇-正丙醇(3) 浓度测量：阿贝折射仪 料液浓度：1525%（乙醇质量百分数1.4 实验步骤 1.4.1 实验前准备：（1）将阿贝折光仪配套的超级恒温水浴调节运行所需温度(30)，记录温度，检查取样用的注射器和擦镜头纸是否准备好（2）用阿贝折光仪测出原料液的折射率； （3）检查旋塞开关是否处于关闭，电表示数是否都为零。（4）将原料装入原料槽中，打开进料阀，让液料（乙醇-正丙醇）从原料槽用泵输送，经过进入塔釜内，根据磁翻转液面计，当液面到达塔釜的2/3后，关闭进料阀门和流量计阀门。 1.4.2 全回流下操作 实验. 研究在全回流条件下，开车过程中塔顶温度等参数随时间的变化情况及规律。打开塔顶冷凝器的冷却水，冷却水量要足够大（约8L/h）记下室温值，接上电源闸（220V），按下装置上电源总开关。调节加热电压为75V左右，待塔板上建立液层时，缓慢加大电压至100V，使塔内维持正常操作确认塔顶出料阀门和各取样处于关闭状态，使全塔处于全回流状态从操作稳定加热时起每隔1min记录一次塔顶温度、回流液温度和塔釜温度，待示数稍稳定后可隔较长时间读数。至电表示数稳定为止。数据记录于表1中。实验：测定精馏塔在全回流条件下稳定操作时塔内温度和浓度沿塔高的分布，研究其分布情况及规律。方法： 在实验基础上，当稳定操作时，记录每块板上塔内的温度，并在每块板上取样，用阿贝折射仪测量浓度实验：测定精馏塔在全回流时全塔理论塔板数、总板效率。方法：在实验基础上，等各塔板上鼓泡均匀后，保持加热釜电压不变，在全回流情况下稳定20min左右，期间仔细观察全塔传质情况，带情况稳定后分别在塔顶、塔釜取样口用注射器同时取样，用阿贝折射仪分析样品浓度。 1.4.3 部分回流下操作实验：测定精馏塔在某一回流比时全塔理论塔板数、总板效率。打开塔釜冷却水阀门，冷却水流量以保证釜镏液温度接近常温为准；将物料入量以2.0（L/h）的流量加入塔内，用回流比控制调节器调节回流比R=4馏出液收集在塔顶容量管中，塔釜产品经冷却后由溢流管流出，收集在容器内。等操作稳定后，观察板上传质状况，记下加热电压、电流、塔顶温度等有关数据，整个操作中维持进料流量计读数不变，用注射器取下塔顶、塔釜和进料三处样品，用折光仪分析，并记录进原料液的温度(室温)。实验 测定在部分回流时总板效率随回流比的变化情况。方法：在实验步骤基础上，（物料入量都为2.0L/h）调节回流比R为2和6，重复实验步骤实验：测定在部分回流时总板效率随进料位置的变化情况。方法：在实验D的基础上，改变进料板的位置，分别使进料从上中下进料口进料，重复实验D的步骤。1.5 实验数据记录及处理表一：精馏塔在全回流条件下稳定操作时塔内温度和浓度沿塔高的分布3456789塔顶塔釜温度81.281.483.084.385.387.288.580.093.8表二： 全回流原始数据记录及数据处理表序号样品折射率nD样品质量分数WA摩尔分数XA理论板数效率塔顶1.362150.79850.83793.131%原料1.37740.14860.1850塔底1.376550.18480.2282表三：部分回流时原始数据记录及数据处理表序号样品折射率nD进料口/塔顶/塔底样品质量分数WA摩尔分数XF/D/w理论塔板数/块总板效率Ep 进料口 回流比r流量（L/h）表11.37640.1916 0.2362 8.484%中421.36260.7796 0.8219 1.37880.0893 0.1135 表21.37640.1916 0.2362 9.696%中431.36270.7754 0.8183 1.37890.0851 0.1082 表31.3770.1660 0.2062 4.040%中441.36970.4771 0.5434 1.3790.0808 0.1029 表41.37620.2001 0.2461 4.848%中321.36970.4771 0.5434 1.37940.0638 0.0816 表51.37620.2001 0.2461 5.555%中221.36890.5111710.5770 1.3790.0808 0.1029 表61.37620.2001 0.2461 7.070%上431.36280.7710920.8146 1.37890.0851 0.1082 表71.37650.1873 0.2312 7.373%下431.36310.7583090.8037 1.37890.0851 0.1082 序号 k bq（计算见下）q线方程表10.8000 0.1644 1.1566 y=7.3856x-1.5083表20.8000 0.1637 1.1566 y=7.3856x-1.5083表30.8000 0.1087 1.1597 y7.2617x-1.2912表40.7500 0.1359 1.1556 y=7.2467x-1.5816表50.6667 0.1923 1.1556 y=7.2467x-1.5816表60.8000 0.1629 1.1556 y=7.2467x-1.5816表70.8000 0.1607 1.1571 y=7.3653x-1.4717 xAxBtBtFrArBCpACpBMAMB表10.23620.7638 91.2881 43.2878.648462.42 2.8646.60表20.23620.7638 91.2881 43.2 878.648462.42 2.8646.60表30.20620.7938 92.0026 43.2878.648462.422.86 46. 60表40.24610.7539 91.0559 43.2878.64846 2.422.8646. 60表50.24610.7539 91.0559 43.2 878.64846 2.422.8646. 60 表60.24610.7539 91.0559 43.2 878.64 846 2.422.86 46. 60 表70.23120.7688 91.4060 43.2878.648462.422.8646. 60 rmCpmq表148317.08733157.3619 1.1566 表248317.08733157.3619 1.1566 表348627.36413159.1703 1.1597 表448214.69598156.7651 1.1556 表548214.69598156.7651 1.1556 表648214.69598156.7651 1.1556 表748368.80013157.6633 1.1571 数据处理演算以第一组数据为例全回流下q线方程求解：由图1可知， 进料温度t=28 在=0.1850的进料热状况下，混合液体的泡点温度为：94.5。乙醇在平均温度：61.25，在此温度下乙醇的比热容Cp=2.03 KJ/（Kg*k）；正丙醇比热容Cp=2.21KJ/（Kg*k）（查化工原理上册附图4 液体比热融共线图），94.5下乙醇在的汽化热r1=770KJ/Kg，正丙醇的汽化热r2=505KJ/Kg。（查化工原理上册附图6 汽化热共线图）所以：混合液体比热容：； 混合液体汽化热:因此： q= =1.267故q线方程为：、已知R=，XD=0.8379 ,则精馏段操作方程为：、作图求理论板数由图可知，理论板数，则：=31%部分回流下以第一组数据为例由折射率求出质量分数式中，乙醇的质量分数； 折光率。f=0.1916 d=0.7796 w=0.0893由质量分数求摩尔分数物料衡算f=0.2362 d=0.8219 w=0.1135 式中，原料液流量，kmol/h; 塔顶产品（馏出物）流量，kmol/h； 塔底产品（釜残液）流量，kmol/h；原料液中易挥发组分的摩尔分数；馏出液中易挥发组分的摩尔分数；釜残液中易挥发组分的摩尔分数。求出操作线方程精馏段：提馏段：回流比：R=4 D=50mm式中，提馏段下降液体流量，kmol/h。求出q线方程 式中，进料温度，；进料泡点温度，；进料液体在平均温度（+）/2下的比热容，KJ/(kmol);，分别为纯组分A和B在平均温度（+）/2下的比热容，KJ/(kmol);进料液体在其组成和泡点温度下的汽化潜热。KJ/kmol;，分别为纯组分A和B在泡点温度下的汽化潜热。KJ/kmol;，分别为纯组分A和B的摩尔质量，Kg/kmol;，分别为纯组分A和 表-1 常压下乙醇正丙醇汽液平衡数据X00.1260.1880.2100.3580.4610.5460.6000.6630.8841Y00.2400.3180.3490.5500.6500.7110.7600.7990.9141根据数据，用chemCAD软件模拟常压下乙醇正丙醇t-x-y图如下图一 常压下乙醇正丙醇t-x-y图q线方程求解：由图1可知， 进料温度t=28 在=0.2362的进料热状况下，混合液体的泡点温度为：91.28。乙醇在平均温度：43.2，在此温度下乙醇的比热容Cp=2.42 KJ/（Kg*k）；正丙醇比热容Cp=2.86KJ/（Kg*k）（查化工原理上册附图4 液体比热融共线图），94.5下乙醇在的汽化热r1=878.64KJ/Kg，正丙醇的汽化热r2=846.00KJ/Kg。（查化工原理上册附图6 汽化热共线图）所以：混合液体比热容： =157.3619=