精馏塔的操作和全塔效率测定实验全解

1、2021-7-12 1 1. 1. 基本原理基本原理 （1 1） 塔釜加热，在塔内产生上升蒸塔釜加热，在塔内产生上升蒸 汽；塔顶冷凝，部分凝液作为轻汽；塔顶冷凝，部分凝液作为轻 组份较浓的塔顶产品，部分凝液组份较浓的塔顶产品，部分凝液 作为回流形成塔内下降液流；连作为回流形成塔内下降液流；连 续或间歇地自塔釜排出部分釜液续或间歇地自塔釜排出部分釜液 作为重组份较浓的塔底产品。作为重组份较浓的塔底产品。 （2 2） 在塔中部适当位置加入待分离在塔中部适当位置加入待分离 料液；加料液中轻组分浓度愈高，料液；加料液中轻组分浓度愈高， 加料位置也愈高，加料位置将塔加料位置也愈高，加料位置将塔 分成上下

2、二个塔段，上段为精馏分成上下二个塔段，上段为精馏 段，下段为提馏段。段，下段为提馏段。 2021-7-12 2 （3 3）在精馏段中上升蒸汽与回）在精馏段中上升蒸汽与回 流之间进行物质传递，使上流之间进行物质传递，使上 升蒸汽中轻组份不断增浓，升蒸汽中轻组份不断增浓， 至塔顶达到要求浓度。至塔顶达到要求浓度。 （4 4）在提馏段中下降液流与上）在提馏段中下降液流与上 升蒸汽间的物质传递使下降升蒸汽间的物质传递使下降 液流中的轻组份转入汽相，液流中的轻组份转入汽相， 重组份则相反，下降液流中重组份则相反，下降液流中 重组份浓度不断增浓，至塔重组份浓度不断增浓，至塔 底达到要求浓度。底达到要求浓度

3、。 2021-7-12 3 （5 5） 精馏的前提是轻重组份间有不精馏的前提是轻重组份间有不 同的挥同的挥 发度，因此，只需要部分回流即可达到塔发度，因此，只需要部分回流即可达到塔 顶轻组份增浓，塔底重组份提浓的目的。顶轻组份增浓，塔底重组份提浓的目的。 2021-7-12 4 1.11.1 维持正常精馏的设备因素和操作因素维持正常精馏的设备因素和操作因素 （1）精馏塔的结构应能提供所需的塔板数）精馏塔的结构应能提供所需的塔板数 和塔板上足够的相间传递面积。和塔板上足够的相间传递面积。 （2 2）塔底加热产生上升蒸汽、塔顶冷凝形）塔底加热产生上升蒸汽、塔顶冷凝形 成回流是精馏操作的主要能量消耗

4、；回流比成回流是精馏操作的主要能量消耗；回流比 愈大，塔顶冷凝量愈大，塔底加热量也必须愈大，塔顶冷凝量愈大，塔底加热量也必须 愈大。回流比愈大，相间物质传递的推动力愈大。回流比愈大，相间物质传递的推动力 也愈大。也愈大。 2021-7-12 5 1.1.1 设备因素设备因素 合理的塔板数和塔结构为正常精馏达到指合理的塔板数和塔结构为正常精馏达到指 定分离任务提供了质量保证，塔板数和塔板定分离任务提供了质量保证，塔板数和塔板 结构为汽液接触提供传质面积。结构为汽液接触提供传质面积。 象象不不易易发发生生三三种种不不正正常常现现 操操作作弹弹性性大大塔塔板板结结构构合合理理 塔塔结结构构合合理理

5、；，n n ；，投投资资，H Hn n 2021-7-12 6 (i)(i) 板式塔正常操作的流动特征板式塔正常操作的流动特征 气液两相总体逆流；气液两相总体逆流； 气液两相在板上错流。气液两相在板上错流。 2021-7-12 7 (ii) (ii) 板式塔操作的板式塔操作的不正常现象不正常现象 严重的液沫夹带现象严重的液沫夹带现象 严重的漏液现象严重的漏液现象 降液管液泛降液管液泛 2021-7-12 8 板压降 釜顶 PP 釜 板压降P,V,Q 釜 ，板压降，PVQ 2021-7-12 9 顶 PP 釜 板压降0 漏液易发生在何处? 2021-7-12 10 1.1.2 操作因素操作因素

6、回流比是精馏的核心因素回流比是精馏的核心因素: : n在设计时，存在着一个最小回流比，低于该回在设计时，存在着一个最小回流比，低于该回 流比即使塔板数再多，也达不到分离要求。流比即使塔板数再多，也达不到分离要求。 n在精馏塔的设计时，存在一个经济上合理的回在精馏塔的设计时，存在一个经济上合理的回 流比，使设备费用和能耗得到兼顾。流比，使设备费用和能耗得到兼顾。 n在精馏塔操作时，存在一个回流比的允许操作在精馏塔操作时，存在一个回流比的允许操作 范围。处理量恒定时，若汽液负荷（回流比）范围。处理量恒定时，若汽液负荷（回流比） 超出塔的通量极限时，会发生一系列不正常的超出塔的通量极限时，会发生一系

7、列不正常的 操作现象，同样会使塔顶产品不合格。操作现象，同样会使塔顶产品不合格。 2021-7-12 11 （1）适宜回流比的确定）适宜回流比的确定 n初估操作回流比的方法初估操作回流比的方法 n在漏液点和液泛点之间选择一合适的塔釜加在漏液点和液泛点之间选择一合适的塔釜加 热量。热量。 2021-7-12 12 总物料的平衡总物料的平衡 轻组分的物料平衡轻组分的物料平衡 （2 2）物料衡算）物料衡算 WDF 塔釜液位恒定为基准塔釜液位恒定为基准 WDf WxDxFx 以灵敏板温度合格为标准以灵敏板温度合格为标准 2021-7-12 13 (3)(3)灵敏点温度灵敏点温度 2021-7-12 1

8、4 n按塔顶和塔釜温度进行操作控制的不可靠性按塔顶和塔釜温度进行操作控制的不可靠性 n塔内温度剧变的区域塔内温度剧变的区域 n按灵敏点温度进行操作控制按灵敏点温度进行操作控制 2021-7-12 15 WDf WxDxFx :若 2021-7-12 16 WDf WxDxFx 若： 2021-7-12 17 若：分离能力若：分离能力 R R 不够不够 2021-7-12 18 塔底压力塔底压力 塔底压力与塔釜加热量有关，塔底压力与塔釜加热量有关， 表明了塔内汽液负荷的大小。表明了塔内汽液负荷的大小。 实验时的调整方法实验时的调整方法 若若T T灵灵发生急剧上升采取发生急剧上升采取 D=0D=0

9、，FF，WW的措施。的措施。 若若T T灵灵发生缓缓上升采取发生缓缓上升采取 R R 或全回流的措施。或全回流的措施。 2021-7-12 19 3. 3. 实验装置实验装置 2021-7-12 20 4. 实验内容实验内容 1.全回流操作测全塔效率全回流操作测全塔效率X XD D94v%94v%或或X XD D93m%93m%； 2.2.部分回流操作得产品部分回流操作得产品500ml,500ml,X XD D 93v%,93v%, X XD D3v%3v%。 a.a.正常的操作参数正常的操作参数P P釜釜（2040)2040)100Pa100Pa， 灵敏板温度灵敏板温度 T T灵灵（8080

10、8383）。 b.b.不正常现象的观察和调节。不正常现象的观察和调节。 2021-7-12 21 5.5.原始数据记录原始数据记录 实验物系：酒精水溶液实验物系：酒精水溶液 进料状态：常温进料状态：常温 设备参数：塔板数设备参数：塔板数=15=15 塔塔 径径: 50mm: 50mm 板板 间间 距距: 100mm: 100mm 开开 孔孔 率率: 3.8%: 3.8% % D x %vxW 灵 TPaP100/ 釜 F x F L/h D ml/mil W ml/min R % 全 回流 95.2 (v) 部分 回流 93.0 (v) 3.0 2021-7-12 22 2021-7-12 2

11、3 （3 3）在精馏段中上升蒸汽与回）在精馏段中上升蒸汽与回 流之间进行物质传递，使上流之间进行物质传递，使上 升蒸汽中轻组份不断增浓，升蒸汽中轻组份不断增浓， 至塔顶达到要求浓度。至塔顶达到要求浓度。 （4 4）在提馏段中下降液流与上）在提馏段中下降液流与上 升蒸汽间的物质传递使下降升蒸汽间的物质传递使下降 液流中的轻组份转入汽相，液流中的轻组份转入汽相， 重组份则相反，下降液流中重组份则相反，下降液流中 重组份浓度不断增浓，至塔重组份浓度不断增浓，至塔 底达到要求浓度。底达到要求浓度。 2021-7-12 24 (i)(i) 板式塔正常操作的流动特征板式塔正常操作的流动特征 气液两相总体逆

12、流；气液两相总体逆流； 气液两相在板上错流。气液两相在板上错流。 2021-7-12 25 （1）适宜回流比的确定）适宜回流比的确定 n初估操作回流比的方法初估操作回流比的方法 n在漏液点和液泛点之间选择一合适的塔釜加在漏液点和液泛点之间选择一合适的塔釜加 热量。热量。 2021-7-12 26 WDf WxDxFx 若： 2021-7-12 27 塔底压力塔底压力 塔底压力与塔釜加热量有关，塔底压力与塔釜加热量有关， 表明了塔内汽液负荷的大小。表明了塔内汽液负荷的大小。 实验时的调整方法实验时的调整方法 若若T T灵灵发生急剧上升采取发生急剧上升采取 D=0D=0，FF，WW的措施。的措施。 若若T T灵灵发生缓缓上升采取发生缓缓上升采取 R R 或全回流的措施。或全回流的措施。 2021-7-12 28 4. 实验内容实验内容 1.全回流操作测全塔效率全回流操作测全塔效率X XD D9