化工原理实验精馏实验报告.docx
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化工原理实验精馏实验报告.docx
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化工原理实验精馏实验报告
北京化工大学
学生实验陈述
学院:
化学工程学院
姓名:
王敬尧
学号:
2010016068
专业:
化学工程与工艺
班级:
化工1012班
同组人员:
雍维.雷雄飞
课程名称:
化工道理实验
实验名称:
精馏实验
实验日期
北京化工大学
实验五精馏实验
摘要:
本实验经由过程测定稳固工作状况下塔顶.塔釜及随意率性两块塔板的液相折光度,得到该处液相浓度,依据数据绘出x-y图并用图解法求出理论塔板数,从而得到全回流时的全塔效力及单板效力.经由过程实验,懂得精馏塔工作道理.
症结词:
精馏,图解法,理论板数,全塔效力,单板效力.
一.目标及义务
①熟习精馏的工艺流程,控制精馏实验的操纵办法.
②懂得板式塔的构造,不雅察塔板上汽-液接触状况.
③测定全回流时的全塔效力及单塔效力.
④测定部分回流时的全塔效力.
⑤测定全塔的浓度(或温度)散布.
⑥测定塔釜再沸器的沸腾给热系数.
二.基起源基本理
在板式精馏塔中,由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板降低的回流液,在塔板上实现多次接触,进行传热与传质,使混杂液达到必定程度的分别.
回流是精馏操纵得以实现的基本.塔顶的回流量与采出量之比,称为回流比.回流比是精馏操纵的重要参数之一,其大小影响着精馏操纵的分别后果和能耗.
回流比消失两种极限情形:
最小回流比和全回流.若塔在最小回流比下操纵,要完成分别义务,则须要无限多塔板的精馏塔.当然,这不相符工业现实,所以最小回流比只是一个操纵限度.若操纵处于全回流时,既无任何产品采出,也无原料参加,塔顶的冷凝液全体返回塔中,这在临盆正午现实意义.但是因为此时所需理论板数起码,又易于达到稳固,故常在工业装配的开泊车.消除故障及科学研讨时采取.
现实回流比常取最小回流比的1.2~2.0倍.在精馏操纵中,若回流体系消失故障,操尽情形会急剧恶化,分别后果也将变坏.
板效力是表现塔板机能及操纵状况的重要参数,有以下两种界说办法.
(1)总板效力E
E=N/Ne
式中E——总板效力;N——理论板数(不包含塔釜);
Ne——现实板数.
(2)单板效力Eml
Eml=(xn-1-xn)/(xn-1-xn*)
式中Eml——以液相浓度暗示的单板效力;
xn,xn-1——第n块板和第n-1块板的液相浓度;
xn*——与第n块板气相浓度相均衡的液相浓度.
总板效力与单板效力的数值平日由实验测定.单板效力是评价塔板机能好坏的重要数据.物系性质.板型及操纵负荷是影响单板效力的重要因数.当物系与板型肯定后,可经由过程转变气液负荷达到最高板效力;对于不合的板型,可以保持雷同的物系及操纵前提下,测定其单板效力,以评价其机能的好坏.总板效力反应全塔各塔板的平均分别后果,经常应用于板式塔设计中.
若转变塔釜再沸器中加热器的电压,塔内上升蒸汽量将会转变,同时,塔釜再沸器电加热器概况的温度将产生变更,其沸腾给热系数也将产生变更,从而可以得到沸腾给热系数与加热量的关系.由牛顿冷却定律,可知
Q=αA△tm
式中Q——加热量,kw;
α——沸腾给热系数,kw/(m2*K);
A——传热面积,m2;
△tm——加热器概况与主体温度之差,℃.
若加热器的壁面温度为ts,塔釜内液体的主体温度为tw,则上式可改写为
Q=aA(ts-tw)
因为塔釜再沸器为直接电加热,则加热量Q为
Q=U2/R
式中U——电加热的加热电压,V;R——电加热器的电阻,Ω.
三.装配和流程
本实验的流程如图1所示,重要有精馏塔.回流分派装配及测控体系构成.
精馏塔为筛板塔,全塔共八块塔板,塔身的构造尺寸为:
塔径∮(57×2,溢流堰高12mm,底隙高度6mm;每块塔板开有43个直径为1.5mm的小孔,正三角形分列,孔间距为6mm.为了便于不雅察踏板上的汽-液接触情形,塔身设有一节玻璃视盅,在第1-6块塔板上均有液相取样口.
蒸馏釜尺寸为∮108mm×4mm×2,管外走冷却液.
图1精馏装配和流程示意图
1.塔顶冷凝器2.塔身3.视盅4.塔釜5.控温棒6.支座
7.加热棒8.塔釜液冷却器9.转子流量计10.回流分派器
11.原料液罐12.原料泵13.缓冲罐14.加料口15.液位计
回流分派装配由回流分派器与控制器构成.控制器由控制内心和电磁线圈构成.回流分派器由玻璃制成,它由一个进口管.两个出口管及引流棒构成.两个出口管分别用于回流和采出.引流棒为一根∮4mm的玻璃棒,内部装有铁芯,塔顶冷凝器中的冷凝液顺着引流棒流下,在控制器的控制下实现塔顶冷凝器的回流或采出操纵.即当控制器电路接通后,电磁圈将引流棒吸起,操纵处于采出状况;当控制器电路断开时,电磁线圈不工作,引流棒天然下垂,操纵处于回流状况.此回流分派器可经由过程控制器实现手动控制,也可经由过程盘算机实现主动控制.
在本实验中,应用人工智能内心分别测定塔顶温度.塔釜温度.塔身伴热温度.塔釜加热温度.全塔压降.加热电压.进料温度及回流比等参数,该体系的引入,不但使实验跟更为轻便.快捷,又可实现盘算机在线数据收集与控制.
4.物料浓度剖析
本实验所用的体系为乙醇-正丙醇,因为这两种物资的折射率消失差别,且其混杂物的质量分数与折射率有优越的线性关系,故可经由过程阿贝折光仪剖析料液的折射率,从而得到浓度.这种测定办法的特色是便利快捷.操纵简略,但精度稍低;若要实现高精度的测量,可应用气相色谱进行浓度剖析.
混杂料液的折射率与质量分数(以乙醇计)的关系如下.
—
式中
——料液的质量分数;
——料液的折射率(以上数据为由实验测得).
四.操纵要点
①对比流程图,先熟习精馏进程中的流程,并搞清内心上的按钮与各内心相对应的装备与测控点.
②全回流操纵时,在原料贮罐中设置装备摆设乙醇含量20%~25%(摩尔分数)阁下的乙醇-正丙醇料液,启动进料泵,向塔中供料至塔釜液面达250~300mm.
③启动塔釜加热及塔身伴热,不雅察塔釜.塔身t.塔顶温度及塔板上的气液接触状况(不雅察视镜),发明塔板上有料液时,打开塔顶冷凝器的水控制阀.
④测定全回流情形下的单板效力及全塔效力,在必定的回流量下,全回流一段时光,待该塔操纵参数稳固后,即可在塔顶.塔釜及相邻两块塔板上取样,用阿贝折光仪进行剖析,测取数据(反复2~3次),并记载各操纵参数.
⑤实验完毕后,停滞加料,封闭塔釜加热及塔身伴热,待一段时光后(视镜内无料液时),割断塔顶冷凝器及釜液冷却器的供水,割断电源,清算现场.
五.陈述请求
在直角坐标系中绘制x-y图,用图解法求出理论板数.
求出全塔效力和单板效力.
联合精馏操纵对实验成果进行剖析.
六.数据处理
(1)原始数据
塔顶:
=1.3664,
=1.3661;塔釜:
=1.3752,
=1.3752.
第四块板:
=1.3703,
=1.3705;第五块板:
=1.3708,
=1.3709.
(2)数据处理
由附录查得101.325kPa下乙醇-正丙醇t-x-y关系:
表1:
乙醇—正丙醇均衡数据(p=101.325kPa)
序号
液相构成x
气相构成y
沸点/℃
1
0
0
2
0.126
0.240
3
0.188
0.318
4
0.210
0.339
5
0.358
0.550
6
0.461
0.650
7
0.546
0.711
8
0.600
0.760
9
0.663
0.799
10
0.844
0.914
11
1.0
1.0
℃℃.
原始数据处理:
表2:
原始数据处理
名称
折光率
折光率
平均折光率
质量分数
摩尔分率
塔顶
1.3664
1.3661
0.6273
塔釜
1.3752
1.3752
1.3752
0.2258
第4块板
1.3703
1.3705
1.3704
0.4515
第5块板
1.3708
1.3709
1.3709
0.4314
数据盘算以塔顶为例:
在直角坐标系中绘制x-y图,用图解法求出理论板数.
拜见乙醇-丙醇均衡数据作出乙醇-正丙醇均衡线,全回流前提下操纵线方程为y=x,具体作图如下所示(塔顶构成,塔釜构成):
图2:
乙醇—正丙醇均衡线与操纵线图
求出全塔效力和单板效力.
由图解法可知,理论塔板数为2.5块(包含塔釜),故全塔效力为
第5块板的气相浓度为
查图2中乙醇和正丙醇相均衡图
则此时,
则第5块板单板效力
七.误差剖析及成果评论辩论
1.误差剖析:
(1)实验进程误差:
本次实验室,因为开端操纵不当,调节的加热电压上升过快,导致塔釜内压力很大,塔底液量低于1/2,消失安全状况,且温度变更较大,很难保持在稳态,回流偏快,从而在记载数据时,很可贵到稳态时的塔的浓度.故后来为正常实验,防止产生安全,于是停滞加热,一段时光后,发明有大量的液相组分从塔板流下,之后全体冷凝后从新调节加热,之后塔达到了稳固状况,并记载数据.是以,本次实验所得数据,较为精确,是塔在稳态下的数据.
(2)数据处理误差:
应用手绘作图法求取理论塔板数消失必定程度的误差,尤其是在求取
时,直接在图上查找对应点,误差较大.
2.成果评论辩论:
此次实验测得的全塔效力仅为31.25%,单板效力也仅有11.55%,效力极低.为此查阅了一些文献,从文献中得知,雾沫夹带,泄漏和板上液体的返混是导致板效力降低的重要身分.这三者都邑造成板间液相的返混,晦气于分别.
而本次实验室中,采取全回流使回流比为无限大,同时为了防止之前压力过高的安全状况,于是采取了较低的加热电压.尽管包管了安然和塔板易保持稳态,但是导致了气相动力缺少流率较小,气速相对于液相流量而言较小.
依据文献供给的板效力方程:
个中
可以看出板效力和轮回比R和液体流量成反比,与气体流量成正比.用此结论来剖析本次实验前提,在流量必定的情形下,全回流轮回比极大,气体流量较小,从而导致了板效力较低的实验成果.
八.思虑题
①什么是全回流?
全回流操纵有哪些特色,在临盆中有什么现实意义?
若何测定全回流前提下的气液负荷?
答:
1.冷凝后的液体全体回流至塔内,这称作全回流.简略来说,就是塔顶蒸汽冷凝后全体又回到了塔中持续精馏.
2.D=0,现实临盆是没有意义的,但一般临盆之前精馏塔都要进行全回流操纵,因为刚开端精馏时,塔顶的产品还不合格,并且让气液充分接触,使精馏塔尽快稳固.均衡.
3.要测定全回流前提下的气液负荷,应用公式
个中塔釜的加热电压和电阻已知,查出相变焓,则可以求出汽化量q,则有在全回流下L=V=q.
②塔釜加热对精馏操纵的参数有什么影响?
塔釜加热量重要消费在何处?
与回流量有无关系?
答:
塔釜加热,从化工节能的角度来看,消费电能,从而能进步了推进力,进步了精馏的分别后果,对精馏有利.塔釜加热量重要消费在气液相变上,与回流量有很大关系,一般加热电压越大,则回流量越大.
③若何断定塔的操纵已达到稳固?
答:
在10分钟内分别抽取塔中某段塔板上的液相组分,在阿贝折光仪上测得相差在0.0003内时,可认定塔的操纵已达到稳固状况.
④当回流比R 若何肯定精馏塔的操纵回流比? 答: 精馏塔还可以操纵,但不克不及达到分别请求.幻想二元组分情形下,一般取最小回流比1.1~2倍,最小回流比有进料Q线方程和均衡相图求得. ⑤冷液进料对精馏塔操纵有什么影响? 进料口若何肯定? 答: 冷热进料晦气于精馏塔操纵,使塔的温度压力产生变更,损坏塔的均衡,在进料时应对原料进行预热处理. 为了减小返混,进料口应在塔内构成与进料构成最接近的地方,. ⑥塔板效力受哪些身分影响? 答: 混杂物汽液两相的物理性质如相对挥发度等也与精馏塔的构造有关,要有出口堰高度.液体在板上的流程长度.板间距.降液部分大小及构造,还有阀.筛孔.或泡帽的构造.分列与开孔率等. 此外和操纵变量也有关系比方气速.回流比.温度及压力等. ⑦精馏塔的常压操纵若何实现? 假如要改为加压或减压操纵,若何实现? 答: 将精馏塔顶的冷凝器通大气,可实现精馏塔的常压操纵.若要改为加压操纵,可向塔内通入惰性气体;若要减压操纵,可在塔的采出口处加一真空泵. 完成时光: 2013/5/23 点评: 成绩:
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