精餾實驗報告

工作計劃時間：2021-08-31 手機版

精餾實驗報告范文

　　學院：化學工程學院姓名：學號：專業：化學工程與工藝班級：同組人員：

　　課程名稱：化工原理實驗實驗名稱：精餾實驗實驗日期

　　北京化工大學

　　實驗五精餾實驗

　　摘要：本實驗通過測定穩定工作狀態下塔頂、塔釜及任意兩塊塔板的液相折光度，得到該處液相濃度，根據數據繪出x-y圖并用圖解法求出理論塔板數，從而得到全回流時的全塔效率及單板效率。通過實驗，了解精餾塔工作原理。關鍵詞：精餾，圖解法，理論板數，全塔效率，單板效率。

　　一、目的及任務

　　①熟悉精餾的工藝流程，掌握精餾實驗的操作方法。

　　②了解板式塔的結構，觀察塔板上汽-液接觸狀況。

　　③測定全回流時的全塔效率及單塔效率。

　　④測定部分回流時的全塔效率。

　　⑤測定全塔的濃度（或溫度）分布。

　　⑥測定塔釜再沸器的沸騰給熱系數。

　　二、基本原理

　　在板式精餾塔中，由塔釜產生的蒸汽沿塔逐板上升與來自塔頂逐板下降的回流液，在塔板上實現多次接觸，進行傳熱與傳質，使混合液達到一定程度的`分離。回流是精餾操作得以實現的基礎。塔頂的回流量與采出量之比，稱為回流比。回流比是精餾操作的重要參數之一，其大小影響著精餾操作的分離效果和能耗。回流比存在兩種極限情況：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分離任務，則需要無窮多塔板的精餾塔。當然，這不符合工業實際，所以最小回流比只是一個操作限度。若操作處于全回流時，既無任何產品采出，也無原料加入，塔頂的冷凝液全部返回塔中，這在生產中午實際意義。但是由于此時所需理論板數最少，又易于達到穩定，故常在工業裝置的開停車、排除故障及科學研究時采用。

　　實際回流比常取最小回流比的1.2～2.0倍。在精餾操作中，若回流系統出現故障，操作情況會急劇惡化，分離效果也將變壞。

　　板效率是體現塔板性能及操作狀況的主要參數，有以下兩種定義方法。

　　（1）總板效率E

　　E=N/Ne

　　式中E——總板效率；N——理論板數（不包括塔釜）；

　　Ne——實際板數。

　　(2)單板效率Eml

　　Eml=(xn-1-xn)/(xn-1-xn*)

　　式中 Eml——以液相濃度表示的單板效率；

　　xn ，xn-1——第n塊板和第n-1塊板的液相濃度；

　　xn*——與第n塊板氣相濃度相平衡的液相濃度。

　　總板效率與單板效率的數值通常由實驗測定。單板效率是評價塔板性能優劣的重要數據。物系性質、板型及操作負荷是影響單板效率的重要因數。當物系與板型確定后，可通過改變氣液負荷達到最高板效率；對于不同的板型，可以保持相同的物系及操作條件下，測定其單板效率，以評價其性能的優劣。總板效率反映全塔各塔板的平均分離效果，常用于板式塔設計中。

　　若改變塔釜再沸器中加熱器的電壓，塔內上升蒸汽量將會改變，同時，塔釜再沸器電加熱器表面的溫度將發生變化，其沸騰給熱系數也將發生變化，從而可以得到沸騰給熱系數與加熱量的關系。由牛頓冷卻定律，可知

　　Q=αA△tm

　　式中 Q——加熱量，kw;

　　α——沸騰給熱系數，kw/(m2*K);

　　A——傳熱面積，m2;

　　△tm——加熱器表面與主體溫度之差，℃。

　　若加熱器的壁面溫度為ts ,塔釜內液體的主體溫度為tw ,則上式可改寫為

　　Q=aA(ts-tw)

　　由于塔釜再沸器為直接電加熱，則加熱量Q為

　　Q=U2/R

　　式中 U——電加熱的加熱電壓，V; R——電加熱器的電阻，Ω。

　　三、裝置和流程

　　本實驗的流程如圖1所示，主要有精餾塔、回流分配裝置及測控系

　　統組成。

　　1.精餾塔

　　精餾塔為篩板塔，全塔共八塊塔板，塔身的結構尺寸為：塔徑∮（57×3.5）mm，塔板間距80mm；溢流管截面積78.5mm2,溢流堰高12mm，底隙高度6mm；每塊塔板開有43個直徑為1.5mm的小孔，正三角形排列，孔間距為6mm。為了便于觀察踏板上的汽-液接觸情況，塔身設有一節玻璃視盅，在第1-6塊塔板上均有液相取樣口。

　　蒸餾釜尺寸為∮108mm×4mm×400mm.塔釜裝有液位計、電加熱器（1.5kw）、控溫電熱器（200w）、溫度計接口、測壓口和取樣口，分別用于觀測釜內液面高度，加熱料液，控制電加熱裝置，測量塔釜溫度，測量塔頂與塔釜的壓差和塔釜液取樣。由于本實驗所取試樣為塔釜液相物料，故塔釜內可視為一塊理論板。塔頂冷凝器為一蛇管式換熱器，換熱面積為0.06m2，管外走冷卻液。

　　圖1 精餾裝置和流程示意圖

　　1．塔頂冷凝器 2．塔身3．視盅4．塔釜 5．控溫棒 6．支座

　　7．加熱棒 8．塔釜液冷卻器 9．轉子流量計 10．回流分配器

　　11．原料液罐 12．原料泵 13．緩沖罐 14．加料口 15．液位計

　　2.回流分配裝置

　　回流分配裝置由回流分配器與控制器組成。控制器由控制儀表和電磁線圈構成。回流分配器由玻璃制成，它由一個入口管、兩個出口管及引流棒組成。兩個出口管分別用于回流和采出。引流棒為一根∮4mm的玻璃棒，內部裝有鐵芯，塔頂冷凝器中的冷凝液順著引流棒流下，在控制器的控制下實現塔頂冷凝器的回流或采出操作。即當控制器電路接通后，電磁圈將引流棒吸起，操作處于采出狀態；當控制器電路斷開時，電磁線圈不工作，引流棒自然下垂，操作處于回流狀態。此回流分配器可通過控制器實現手動控制，也可通過計算機實現自動控制。

　　3.測控系統

　　在本實驗中，利用人工智能儀表分別測定塔頂溫度、塔釜溫度、塔身伴熱溫度、塔釜加熱溫度、全塔壓降、加熱電壓、進料溫度及回流比等參數，該系統的引入，不僅使實驗跟更為簡便、快捷，又可實現計算機在線數據采集與控制。

　　4．物料濃度分析

　　本實驗所用的體系為乙醇-正丙醇，由于這兩種物質的折射率存在差異，且其混合物的質量分數與折射率有良好的線性關系，故可通過阿貝折光儀分析料液的折射率，從而得到濃度。這種測定方法的特點是方便快捷、操作簡單，但精度稍低；若要實現高精度的測量，可利用氣相色譜進行濃度分析。

　　混合料液的折射率與質量分數（以乙醇計）的關系如下。

　　?=58.9149—42.5532nD

　　式中 ?——料液的質量分數；

　　nD——料液的折射率（以上數據為由實驗測得）。

　　四、操作要點

　　①對照流程圖，先熟悉精餾過程中的流程，并搞清儀表上的按鈕與各儀表相對應的設備與測控點。

　　②全回流操作時，在原料貯罐中配置乙醇含量20%～25%（摩爾分數）左右的乙醇-正丙醇料液，啟動進料泵，向塔中供料至塔釜液面達250～300mm。

　　③啟動塔釜加熱及塔身伴熱，觀察塔釜、塔身t、塔頂溫度及塔板上的氣液接觸狀況（觀察視鏡），發現塔板上有料液時，打開塔頂冷凝器的水控制閥。