实验一 流体流动阻力测定实验

1、环境工程原理实 验 指 导 书唐山学院环境与化学工程系环境工程教研室目 录实验一 流体流动阻力测定实验2实验二 离心泵特性曲线的测定6实验三 对流给热系数测定实验10实验四 填料吸收塔的操作及其吸收总传质系数的测定14实验五 精馏塔的操作与塔效率的测定19实验六 活性炭处理含苯酚废水的实验26实验一 流体流动阻力测定实验（1） 辨别组成管路的各种管件、阀门，并了解其作用。（2）测定流体在圆形直管内流动时摩擦系数与雷诺数Re的关系。（3）测定流体流经闸阀时的局部阻力系数x。2基本原理 （1）直管阻力摩擦系数的测定 流体在水平等径直管中稳定流动时，阻力损失为：则直管阻力摩擦系数可写成： 雷诺准数R

2、e的定义是： 层流时： 湍流时：是雷诺准数Re和相对粗糙度（/d）的函数。完全湍流时：只是相对粗糙度（/d）的函数。上式中 d ：直管内径，m；：流体在l米直管内流动时由于流动阻力而产生的压降，Pa；：单位质量流体流经l米直管时产生的流动阻力，J/kg； ：流体密度，kg/m3；l ：直管长度，m；u ：流体在管内流动的平均流速，m/s； ：流体粘度，Pa·s。其中l、d为装置参数 ， 、通过测定流体温度，再查有关手册而得， u通过测定流体流量，再由管径计算得到。本装置采用涡轮流量计测流量V（m3/h），则 采用倒置U型管液柱压差计和差压变送器测量。（2）局部阻力系数x 的测定 根据

3、阻力系数法，流体通过某一管件或阀门时的机械能损失可表示为流体在管内流动时平均动能的某一倍数，即：故 式中 x ：局部阻力系数，无因次； ：局部阻力引起的压降，Pa（本装置中，所测得的压降应扣除两测压口间直管段的压降后才是闸阀局部阻力引起的压降，直管段的压降由直管阻力实验结果求取）。3实验装置与流程实验装置流程（本装置为流体流动阻力与离心泵性能综合实验装置，做流动阻力实验时将仪控柜上“实验选择”转到“管阻力”）如图2-1所示，实验仪控柜面板如图2-2所示。实验装置由贮水槽、离心泵、变频器、电动调节阀、涡轮流量计、压力表、差压变送器、不同材质的水管、倒U型压差计（图中未画出）等组成。装置上有三段并

4、联的水平直管，自上而下分别用于测定局部阻力、光滑管直管阻力和粗糙管直管阻力。测定局部阻力时使用不锈钢管，中间装有待测管件（闸阀）；测定光滑管直管阻力时，同样使用内壁光滑的不锈钢管，而测定粗糙管直管阻力时，采用管道内壁较粗糙的镀锌管。水的流量使用涡轮流量计测量，流量通过变频器改变泵的转速来调节（但测定泵性能时流量则用电动调节阀调节），管路和闸阀的阻力采用各自的倒U型管压差计测量，同时差压变送器将差压信号传送给差压显示仪表。图2-1 流体流动阻力与泵性能综合实验流程简图4实验步骤（1）开启仪控柜上总电源、仪表电源开关，将仪控柜上“实验选择”转到“管阻力”。（2）给离心泵灌水排气，然后关闭泵出口阀，

5、启动水泵，待电机转动平稳后，把泵的出口阀缓缓开到最大。（注意：泵运转过程中，勿触碰泵主轴部分，因其高速转动，可能会缠绕并伤害身体接触部位。）（3）采用手动方法测量时，要对倒U型压差计进行排气和调零，使压差计两端在带压且零流量时的液位高度相等。（4）通过开启相应管路的进口阀分别测定光滑管阻力、粗糙管阻力、局部阻力(注意：测局部阻力时，要将旋钮转到“局部阻力压差”位置)，可使用手动或自动方法。手动方法：缓缓调节出口阀改变流量，让流量从到5m3/h范围内变化，建议低流量时每次变化3/h左右。每次改变流量，待流动达到稳定后，记下流量和压差读数。自动方法：进入“流体流动阻力测定实验”计算机控制界面，测定

6、光滑管阻力时单击“开始光滑管实验” 按钮，由大到小改变流量设定（即通过变频器改变泵的转速），每次待流动达到稳定后可从仪控柜面板上读取有关数据或单击“采集数据”按钮即由计算机自动记录实验数据。 所有实验完成后单击“退出”按钮停止实验。（5）实验结束后，关闭出口阀，停止水泵，关掉仪表电源和总电源。5实验数据记录实验日期： 装置号： 同组实验人员： 水温： 管长： 光滑管内径： 粗糙管内径： 局部阻力管内径： 序号光滑直管阻力粗糙直管阻力局部阻力流量(m3/h)压差（Kpa）流量(m3/h)压差（Kpa）流量(m3/h)压差（Kpa）6实验结果用表列出光滑管和粗糙管的和Re值，给出计算示例，在双对数

7、坐标纸上绘出Re曲线，求出闸阀全开时的平均值。7思考题（1）以水为介质所测得的Re关系能否适用于其它流体？（2）在不同设备上(包括不同管径)，不同水温下测定的Re数据能否关联在同一条曲线上? 为什么?（3）如果测压口安装不垂直，对静压的测量有何影响？实验二 离心泵特性曲线的测定一、实验目的1熟悉离心泵的构造和操作；2测定单级离心泵在一定转速下的特性曲线；3加深对离心泵的性能和操作原理的理解。二、实验原理离心泵主要特性参数有流量、扬程，功率和效率。这些参数不仅表征泵的性能，也是选择和正确使用泵的主要依据。1泵的流量即泵输送能力，是指单位时间内泵所排出的液体体积。泵的流量直接由一定时间内排出液体的

8、体积或质量来测定。若泵的输送系统中安装有经过标定的流量计时，泵的流量也可由流量计测定。当系统中装有孔板流量计时，流量大小由压差计显示。2泵的扬程泵的扬程即总压头，表示单位重量液体从泵中所获得的机械能。若以泵的压出管路中装有压力表处为B截面，以进入管路中装有真空表处为A截面，并在此两截面之间列机械能衡算式，则可得出扬程He的计算公式： He = Ho + ( pB - pA ) / g + (UB2-UA2)/2gpB由压力表测得的压强，Pa； pA有真空表测得的真空读，Pa；HoA，B两个截面之间的垂直距离，m；uAA截面处的液体流速，m·s-1 uBB截面处的液体流速，m·

9、;s-13泵的功率 在单位时间内，液体从泵中实际所获得的功，即为泵的有效功率。若测得泵的流量为Vs，扬程为He，被输送液体的密度为，则泵的有效功率按下式计算： Ne=Vs He g 泵轴所作的实际功率不可能全部为被输送液体所获得，其中部分消耗于泵内的各种能量损失。电动机所消耗的功率又大于泵轴所作出的实际功率。电机所消耗的功率直接由输入电压U和电流I测定，即：4泵的总效率泵的总效率可由测定的泵有效功率和电机实际消耗功率计算得出，即：这时得到的泵的总效率除了泵的效率外，还包括传动效率和电机的效率。5泵的特性曲线泵的参数并不是孤立的，而是相互制约的。因此，为了准确全面地表征离心泵的性能，需在一定转速

10、下，将实验测得的各项参数即：He、N、与Vs之间的变化关系绘成一组曲线。这组关系曲线称为离心泵特性曲线。离心泵特性曲线可确定泵的最适宜操作状况。通常，离心泵在恒定转速下运转，因此泵的特性曲线是在一定转速下测得的。若改变转速，泵的特性曲线也将随之改变。三、实验装置及流程1循环水槽 3离心泵 5注水槽 7孔板流量计 8分流槽 9.变压器 10.电流表 四、实验步骤在离心泵性能测定前，按下列步骤进行启动操作：（1）充水。打开注水槽下的阀门，将水灌入泵内。在灌水过程中，需打开调节阀，将泵内空气排除。当从透明端盖中观察到泵内已灌满水后，将注水阀门关闭。（2）启动。启动前，先确定泵出口调节阀关闭，变压器调

11、回零点，然后合闸接通电源。缓慢调节变压器至额定电压（220v），泵即随之启动。（3）运行。泵启动后，叶轮旋转无震动和噪声，电压表。电流表。压力表和真空表指示稳定，则表明运行已经正常，即可投入实验。 实验时，逐渐分步调节泵出口调节阀。每调定一次阀的开启度，待状况稳定后，即可进行以下测量：（1）将出水转向弯头由分水槽的回流格拨向排水格同时，用秒表记取时间，用容器接取一定水量。用称量或量取体积的方法测定水的体积流率。（这时要接好循环水槽的自来水源）（2）从压强表和真空表上读取压强和真空度的数值。（3）记取孔板流量计的压差计读数。（4）从电压表和电流表上读取电压和电流值。在泵的全部流量范围内，可分成8

12、10组数据进行测量。实验完毕，应先将泵出口调节阀关闭，再将调压变压器调回零点，最后切断电源。五、实验记录1基本参数（1）离心泵流量：Vs= 扬程：He= 功率：N= 转速：n=（2）管道吸入导管内径：d1= mm压出导管内径：d2= mmA，B两截面间垂直距离：Ho= mm（3）孔板流量计锐孔直径： do= mm导管内径： d1= mm2实验数据： 实 验 序 号水的温度 T/水的密度/kg·m-3水柱压差计读数R/mm水的质量m/kg接水时间t/s表压强PB/Pa真空度PA/Pa电压U/V电流I/A六、实验数据处理(1)参考下表将实验数据进行整理：实 验 序 号流量V/m3

13、3;s-1扬程He/m有效功率Ne/W实际消耗功率N/W总的效率列出上表各项计算公式。(2)将实验数据标绘成孔板流量计的流量标定曲线，并求取孔板流量计孔流系数。(3)将实验数据整理结果标绘成离心泵的特性曲线。实验三 对流给热系数测定实验1实验目的（1）观察水蒸汽在水平管外壁上的冷凝现象；（2）测定空气水蒸汽在套管换热器中的总传热系数；（3）测定空气在圆形直管内强制对流时的传热膜系数及其与雷诺数Re的关系。2基本原理在套管换热器中，环隙通以水蒸汽，内管管内通以空气，水蒸汽冷凝放热以加热空气，在传热过程达到稳定后，有如下热量衡算关系式（忽略热损失）：由此可得总传热系数 空气在管内的对流传热系数（传

14、热膜系数） 上式中 Q：传热速率，w；V：空气体积流量（以进口状态计），m3/s；： 空气密度（以进口状态计），kg/m3； CP ：空气平均比热，J/(kg·)； Ki ：以内管内表面积计的总传热系数，W/(m2·)； i ： 空气对内管内壁的对流传热系数，W/(m2·)；t1、t2 ：空气进、出口温度，；Si ：内管内壁传热面积，m2；tm ：水蒸气与空气间的对数平均温度差，； T：蒸汽温度（取进、出口温度相同），。(twt)m ：空气与内管内壁间的对数平均温度差，； tw1、tw2 ：内管内壁上进、出口温度，。当内管材料导热性能很好，且管壁很薄时，

15、可认为内管内外壁温度相同，即测得的外壁温度视为内壁温度。流体在圆形直管内作强制湍流（流体流动的雷诺数Re10000）时，对流传热系数i与雷诺数Re的关系可近似写成 式中A和n为常数。 两边取对数得： 根据原始实验数据计算出不同雷诺数（要求Re10000）下的对流传热系数，以为横坐标，为纵坐标，作图得一直线，其斜率即为n。3实验装置与流程本实验装置由风机（旋涡气泵）、变频器、孔板流量变送器、蒸汽发生器、套管换热器、温度传感器等构成，其流程如图2-5所示，其仪控柜面板如图2-6所示。来自蒸汽发生器的水蒸汽进入套管换热器，与来自风机的空气进行热交换，冷凝水经管道排入地沟。冷空气经孔板流量计进入套管换

16、热器内管（紫铜管，直径16×，长度L=1010mm），热交换后放空。4实验步骤（1）检查仪表、风机、测温点是否正常，检查进系统的蒸气调节阀是否关闭。（2）打开总电源开关、仪表电源开关（蒸汽发生器由教师启动）。（3）启动风机（手动操作时采用“直接启动”，自动操作时采用“变频器启动”）, 全开风量调节阀。（4）排除蒸汽管线中原积存的冷凝水（方法：关闭进系统的蒸气调节阀，打开蒸汽管冷凝水排放阀）。（5）排净后，关闭蒸汽管冷凝水排放阀，打开进系统的蒸汽调节阀，使蒸汽缓缓进入换热器环隙（切忌猛开，防止玻璃爆裂伤人）以加热套管换热器，再打开换热器冷凝水排放阀（冷凝水排放阀不要开启过大，以免蒸汽泄

17、漏），使环隙中冷凝水不断地排至地沟。（6）仔细调节进系统蒸汽调节阀的开度，使蒸汽压力稳定保持在以下（可通过微调不凝性气体排空阀使压力达到需要的值），以保证在恒压条件下操作。（7）手动操作时：根据测试要求，由大到小调节空气流量手动调节阀的开度，合理确定56个实验点，待稳定后从控制面板上读取温度、压力、流量等有关数据。图2-5 传热实验流程简图自动操作时：进入 “对流给热系数测定实验”计算机控制界面，根据测试要求，由大到小改变空气流量（调节变频器改变风机转速），合理确定56个实验点，待稳定后点击“数据采集”按钮由计算机自动记录有关数据。所有实验完成后单击“退出”按钮停止实验。（8）实验终了，首先关

18、闭蒸汽调节阀，切断设备的蒸汽来路，再关闭风机、仪表电源及总电源（蒸汽发生器由教师关闭）。5实验数据记录实验日期： 装置号： 同组实验人员： 序号蒸汽压力kPa蒸汽温度T()空气流量V(m3/h)空气入t1()空气出t2()壁温入tW1()壁温出tW2()紫铜内管：直径16×，长度L=1010mm6 实验结果（1）算出空气水蒸汽在套管换热器中的总传热系数及空气在圆形直管内强制对流时的传热膜系数，给出计算示例。（2）按管内强制湍流（Re10000）时传热膜系数的模型式，利用直线图解法或最小二乘法求出常数n。7思考题（1）实验中空气和蒸汽的流向，对传热效果有何影响?（2）蒸汽冷凝过程中，若

19、存在不冷凝气体，对传热有何影响、应采取什么措施？（3）实验过程中，冷凝水不及时排走，会产生什么影响？（4）实验中，所测定的壁温是靠近蒸汽侧还是空气侧温度？为什么？实验四 填料吸收塔的操作及其吸收总传质系数的测定一、实验目的1.了解填料吸收塔的结构和流程；2.了解吸收剂进口条件的变化对吸收操作结果的影响；3.了解填料吸收塔的流体力学特性，测定压降与空塔气速的关系；Ya的测定方法。二、实验内容 1.在各种喷淋量下（包括喷淋量为零）测量气速和压降的关系，并且记录塔内拦液和液泛的现象。 2.分别在下列条件下，测定气体进出口浓度，由此计算组分回收率，传质推动力Ym，和总传质系数KYa。 （1）改变吸收剂

20、（清水）的流量； （2）改变空气的流量。三、基本原理 吸收操作的结果最终表现在出口气体的组成Y2上，或组分的回收率上。在低浓度气体吸收时，回收率可按下式计算： 吸收塔的气体进口条件是由前一道工序决定的，吸收剂的进口条件：流率L、温度T、浓度X2是控制和调节吸收操作的三要素。 由吸收分析可知，改变吸收剂用量是对吸收过程进行调节的最常用方法。当气体流率V不变时，增加吸收剂流率，吸收速率NA增加，溶质吸收量增加，那么出口气体的组成Y2减少，回收率增大。当液相阻力较小时，增加吸收剂流量，总传质系数变化较小或基本不变，溶质吸收量的增加主要是由于传质平均推动力Ym的增大而引起，即此时吸收过程的调节主要靠传

21、质推动力的变化。但当液相阻力较大时，增加吸收剂流量，总传质系数大幅度增加，而传质平均推动力Ym可能减少，但总的结果使传质速率增大，溶质吸收量增大。吸收剂入口温度对吸收过程影响也甚大，也是控制和调节吸收操作的一个重要因素。降低吸收剂的温度，使气体的溶解度增大，相平衡常数减少。对于液膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程阻力将随之减少，结果使吸收效果变好，Y2降低，但平均推动力Ym或许也会减少。对于气膜控制的吸收过程，降低操作温度，吸收过程阻力不变，但平均推动力Ym增大，吸收效果同样会变好。总之，降低吸收剂的温度，改变了相平衡常数，对过程阻力及过程推动力都产生影响，其总的结果使吸收效果变好，吸收

22、率提高。吸收剂进口浓度X2是控制和调节吸收操作的又一个重要因素。降低吸收剂进口浓度X2，液相进口处的推动力增大，全塔平均推动力Ym也随之增大，而有利于吸收过程回收率的提高。应该注意，当气液两相在塔底接近平衡时，要降低Y2，提高回收率，用增大吸收剂用量的方法更有效。但当气液两相在塔顶接近平衡时，提高吸收剂用量，即增大液气比不能使Y2明显的降低，只能用降低吸收剂入塔浓度X2才是有效的。最后应注意，上述讨论是基于填料塔的填充高度是一定的，亦即针对某一特定的工程问题进行的操作型问题的讨论。若是设计型的工程问题，则上述结果不一定相符，视具体问题而定。2吸收总传质系数的计算实验物系是清水吸收氨，惰性气体为

23、空气，气体进口中氨浓度Y110%，属于低浓度气体吸收。 传质速率式： （1） 物料衡算式： （2） 相平衡式： （3）(1)和(2)式联立得： （4） （5）式中填料层体积，m3四、实验装置和流程实验装置包括氨气钢瓶、风机、填料塔与尾气分析装置等，其流程如图所示。空气由风机1供给，阀2用于调节空气流量（放空法），阀2开大，空气入塔流量减少。这是因为容积式风机不能用启闭出口阀门来调节空气流量的缘故，当然，如果采用离心式风机，也可不用这种调节方法。在气管中空气与氨混合入塔，经吸收后排出，出口处有尾气调压阀9，这个阀在不同的流量下能自动维持一定的尾气压力（约90至130mmH2O柱），作为尾气通过分

24、析器的推动力。水经总阀15进入水过滤减压器16，经调节阀17及流量计18入塔，水过滤减压器一方面滤去水中铁锈和污泥，另方面能自动稳定压力，以消除自来水压力波动引起的流量波动。氨气由氨瓶23供给，开启氨瓶阀24，氨气即进入自动减压阀25中。这阀能自动将输出氨气压力稳定在0.51kg/cm2范围内。由于气体流量与气体状态有关，所以每个气体流量计前均有表压计和温度计。为了测量塔内压力和填料层压降，装有表压计20和压差计19，另外还需用大气压力计（由用户自备）以测量大气压力。塔底压强测量口有一小段斜管是用以避免水堵现象。排液管7可以上下移动，使液面控制在管子内部而不上升到塔截面内。闸阀32不是用来调节

25、流量的，它的作用是提高风机利用率，当不做吸收实验时，可将此阀关闭，从油分离器3的预留管口接出旁管以供应其他地方用气。1风机 2空气调节阀 3油分离器 4空气流量计 5填料塔 6栅板 7排液管 8莲蓬头 9尾气调压阀 10尾气取样管 11稳压瓶 12考克 13吸收盒 14湿式气体流量计15总阀 16水过滤减压阀 17水调节阀18水流量计 19压差计 20塔顶表压计 21表压计 22温度计 23氨瓶 24氨瓶阀 25氨自动减压阀 26氨压力表 27缓冲罐 28转子流量计 29表压计 30闸阀图71 吸收实验装置流程图五、实验步骤（一）填料塔流体力学性能测定1.打开风机，测定干塔数据。2.打开水阀，

26、使填料塔先预液泛，填料充分润湿。3.固定喷淋量，慢慢加大气速，测量气速和压降的关系，并且记录塔内拦液和液泛的现象。，重复上述实验。（二）吸收系数测定0.8kg/cm2时止。2.调节空气和氨的配比（为保证为低浓度吸收，氨的浓度应低于10）为一适当值，打开水阀，固定喷淋量进行吸收实验。3.预先往吸收管（8）装入稀硫酸作为吸收液，加入指示剂（两滴甲基红），待吸收稳定后开始分析，打开考克（5），被测气体通过吸收管后其中的氨被吸收而空气则由湿式气体流量计计量所流过的总体积，当吸收液到达终点时（由红变黄）立即关闭考克5。4.记录各相关数据，对尾气浓度进行分析。5.实验结束，停风机，关闭各阀，把氨瓶的手柄旋

27、松。清洗吸收盒。六、数据记录（一）填料塔流体阻力实验记录实验日期： 设备编号： 大气压力： 填料高度： 水温： 塔平均内径：空气流量计标定状态：760mmHg 20oC空气标定序号水流量升/时空气流量压强降塔内现象流量计示值米3/时计前表压mmHg气温塔顶表压cmH2O填料层压差mmH2O12345678910（二）吸收实验记录实验设备编号：填料名称： 规格：12×12×1.3毫米 填料高度： 塔内径：气体：氨、空气吸收剂：水 氨气纯度：98%NH3 2%氮（体积） 空气、氨流量计标定状态：760mmHg 20oC空气标定项目序号12345空气流量计示值m3/h计前表压mm

28、Hg温度oC氨气流量计示值m3/h计前表压mmHg温度oC水流量计示值升/时温度oC浓度吸收液：硫酸 空气体积升温度oC体积：1毫升尾气浓度Y2压强大气压mmHg塔顶表压cmH2O填料层压差cmH2O七、思考题1.从传质推动力和传质阻力两方面分析吸收剂流量和温度对吸收过程的影响。2.从实验数据分析水吸收氨是气膜控制还是液膜控制，还是两者兼而有之？3.填料吸收塔塔底为什么必须有液封装置？液封装置是如何设计的？八、注意事项1.转子流量计如果突然增加流量或突然减少流量，转子波动太剧烈就会打烂玻璃锥管，因此必须注意风机起动或停车时，一定要将旁通闸阀2全开，让大量空气从旁路排走，以保证风机起动或停车时转

29、子不会突然升起或下降。2.氨气自动减压阀：每次使用，应在阀门处于关闭关态（即手柄放松）下才开启氨瓶阀，然后逐步旋紧调节手柄，开启减压阀直至低压氨压表示值为0.8kg/cm2时止。每次使用完毕，应将手柄放松。3.分析装置的吸收盒每次用完即应冲洗干净。干涸后则难于洗净。4.莲蓬头的喷孔很小，应定期清洗，避免堵塞。实验五 精馏塔的操作与塔效率的测定一、实验目的1了解填料塔各部分的构造及精馏过程2熟悉填料塔的操作方法3学会测定精馏塔的总板效率和单板效率二、实验原理（一） 维持稳定的精馏过程连续操作的条件；（二） 根据进料量及组成、产品的分离要求，严格维持物料平衡。1)总物料平衡-在精馏塔操作时，物料的

30、总进料量应该等于总出料量，即：当总物料量不平衡时，进料量大于出料量时，会引起淹塔；相反出料量大于进料量时，会引起塔釜干料，最终都将破坏精馏塔的正常操作。2)各组分的物料平衡：在满足总物料平衡的条件下，应同时满足下式 一定的情况下，应严格保证馏出液D和釜液W的采出率为： 如果塔顶采出率D/F过大，即使精馏塔有足够的分离能力，在塔顶仍不能获得规定的合格产品。（三） 精馏塔应该有足够的分离能力。在塔板数一定的情况下，正常的精馏操作过程要有足够的回流比，才能保证一定的分离效果，才能获得合格的产品。一般应跟据设计的回流比严格控制回流量，回流量=RD.（四）应有正常的气液负荷量，避免发生以下不正常操作。(

31、1)填料塔操作时，液体自塔上部进入，均匀喷洒在截面上，在填料层内液体沿填料表面呈膜状流下，气体自塔下部进入，通过填料缝隙中的自由空间从塔上部排出，气液两相在填料内进行逆流接触，填料上液膜表面为气液两相的主要传质表面，液体能否成膜与填料表面的润湿有关，因此正确选择填料与填料的表面处理有关。(2)填料塔在低气速下操作，气速造成的阻力较小，液膜厚度与气体流量关系不大，此时液相为分散相，气体为连续相。随气速增加，液膜增厚，塔内自由面积减少，塔压降加大。当气液流量达到某一定值时，气液两相交互作用强烈，会出现液泛现象；塔内滞液量增加，液相转为连续相，气相转化为分散相，以气液形式穿过液层，此时液体返混和气体

32、的液沫夹带现象严重，传质效果极差，因此填料塔的操作一定要控制在某一气液比范围内。（五）产品不合格的原因及调节方法5.1精馏过程中因物料不平衡引起的不正常现象及调节方法精馏过程中维持总的物料平衡即F=D +W是比较容易的，但要求在各组分的物料平衡条件下操作则比较困难，因此过程往往处于不平衡条件下操作，即：对上述情况下的外观表现和恢复正常操作的处理方法是：（1）DxDFxF - WxW下操作：随着过程的进行，塔内轻组分大量流失，重组分逐步积累，使操作过程日趋恶化。其外观表现是塔釜温度合格而塔顶温度逐渐升高，塔顶产品不合格，严重时冷凝器视镜内液流减少。造成的原因主要有塔釜产品与塔顶产品采出比例不当，

33、即D/F(xF - xW)/( xD - xW)；或者进料组成有变化，轻组分含量下降。处理方法：若因塔釜产品与塔顶产品采出比例不当，即D/F(xF - xW)/( xD - xW)造成此现象时，可采用不变加热蒸汽压，减小塔顶采出，加大塔釜出料和进料量，使过程在DxDFxF - WxW下操作一段时间，以补充塔内轻组分量。待塔顶温度逐步下降到规定值时，再调节操作参数使过程在D xDFxF - W xW 下操作。若体系进料组成变化但变化不大而造成此现象时，调节方法同。若组成变化较大时，则需要调节进料的位置，甚至改变回流量。（2）DxDFxF - WxW下操作：随着过程的进行，塔内重组分流失而轻组分逐

34、渐积累，同样使操作过程趋于恶化。其外观表现是塔顶温度合格而釜内温度下降，塔釜采出不合格。造成的原因主要有：塔釜产品与塔顶产品采出比例不当，即D/F(xF - xW)/( xD - xW)；或者进料组成有变化，轻组分含量升高。处理方法：若因塔釜产品与塔顶产品采出比例不当，即D/F(xF - xW)/( xD - xW)造成此现象时，可采用不变回流量，加大塔顶采出，同时相应调节加热蒸汽压，使过程在DxDFxF - WxW下操作，同时可视情况适当减少进料量。待釜温升到正常值时，按DxDFxF -WxW 的操作要求调整操作条件。若体系进料组成变化而造成此现象时，可按上述方法调节，并视情况对进料口位置作

35、适当调整。分离能力不够引起产品不合格，其表现为塔顶温度升高，塔釜温度降低，塔顶、塔釜产品不符合要求。采取的措施：一般可通过加大回流比来调节，但应注意若在塔的处理量F及组成xF已定的条件下，又规定了塔顶、塔釜产品的组成，根据物料衡算，则塔顶和塔釜产品的量已确定，因此增加回流比并不意味着产品流率D的减少，加大回流比的措施只能是增加上升蒸汽量即增加塔釜的加热速率及塔顶的冷凝量，这是以经济为代价的。此外，由于回流比的增大，塔内上升蒸汽量超过塔内允许的气液相负荷时，容易发生严重的液沫夹带或其他不正常现象，因此不能盲目增加回流比。生产过程中进料量的变化，则可根据维持稳定的连续操作为条件进行调节，使过程仍然

36、在DxDFxF - WxW下操作。由于操作上的疏忽，进料量已发生变化，而操作条件未作相应的调整，其结果必然使得过程处于物料不平衡下操作。因为：精馏过程的塔釜采出是根据塔釜液位加以控制的，在进料减少时，塔顶采出仍然维持原状不变，使过程处于DxDFxF - WxW下操作。同理，在进料增加时，则过程必然处于DxDFxF - WxW下操作。由于进料组成的变化不如进料量变化那么容易被发现，要待分析原料组成后才能知道。当在操作数据上有反映时，往往有所滞后，因此如何能及时发觉并及时处理是经常遇到的问题。若进料组成由xF1变化到xF2，其中xF2xF1，根据二元系统图（见图2），精馏段的塔板数较原来增多，对于

37、一定塔板的精馏塔而言，分离程度要差，塔顶产品纯度会下降。同时，根据物料衡算可知，过程处于D xDFxF - W xW下操作，则塔温上升较快。要恢复正常操作，除同DxDFxF - WxW操作外，还要求： 适当加大回流量。回流量增大即回流比增大，能使达到同样分离效果而要求的塔板数减少，以弥补由于进料组成的变化而引起的塔板数增加。 可视情况，适当调整进料口的位置，使精馏段与提馏段的塔板数能更合理地分配。进料温度的变化对操作的影响即q线对过程的影响，其变化会直接影响塔内上升蒸汽量。即：图2 进料组成的变化对操作的影响故要求对上升蒸汽量加以调节，若调节不及时，易使精馏塔处于不稳定情况即物料在不平衡下操作

38、，甚至发生跑料。5.6灵敏板（点）对于物料不平衡和分离能力不够所造成的产品不合格现象，可早期通过灵敏板温度的变化得到预测，然后采取相应的措施以保证产品的合格。如图3、4。当物料不平衡时即采出率D/F(xF - xW)/( xD - xW)时，全塔温度分布的变化情况如图3；当分离能力不够即回流比R减小时，全塔温度分布的变化情况如图4。通过二者的比较，可看出，采出率D/F(xF - xW)/( xD - xW)和回流比R减小时，灵敏板的温度均上升，但前者是突跃式的，而后者是缓慢式的，据此可判别产品不合格的原因，并作相应的调整。三、实验装置及流程1蒸馏塔 4回流分配器2精馏塔 5贮罐与成品回收槽3冷

39、凝器 塔身主要参数：1塔釜：250×340×3mm2塔径：50mm3塔节：57×4塔体结构：H1=500mm；H2=200mm（加料节）；H3=400mm；H4=300mm5冷凝器盘管：L=2500mm 14×26加热器四、实验步骤1配制约5%酒精水溶液，由供料泵注入蒸馏釜内至液位计上的标记为止。2在供料槽内配制1520%（V）酒精水溶液。3通电启动，调节电压到220V，对釜内料液加温，并开启冷水阀。仔细观察塔内气液的活动，控制加热量。4进行全回流操作，控制蒸发量，这时灵敏板温度应在80左右。5开泵，加料控制一定流量，进行部分回流操作。6为了首先满足回流

40、要求，故在回流分配器中的产品管口高于回流管管口15mm。所以调小回流进行部分回流，控制一定回流比，至产品达到要求浓度。7控制釜底排料量，使釜液液位保持不变。8测样品浓度。实验时注意以下事项：1 预先配制（或检查）塔釜内和料液槽内的水-酒精溶液组成。一般塔釜内溶液组成约为5%(v),体积达到预定的标度线。料液槽内的组成为1520%。2 预热开始后，要及时开启塔顶冷凝器的冷却水阀；3 由于开车前塔内存在较多的不凝性气体-空气，开车以后要利用上升的塔内蒸汽将其排出塔外，因此开车后要注意开启塔顶的排气阀4 进行全回流操作，建立板上稳定气液两相接触情况。5 部分回流操作时，要预先选择好回流比和加料口；6

41、 要随时注意釜内的压强，灵敏板的温度等操作参数的变化情况，随时加以调节控制；7 取样必须在操作稳定时进行，最好能做到同时取样。取样数量要保证比重计的浮起；8 操作中要使进料、出料量基本平衡，釜底残液量的调节，维持釜内液面不变。五、实验内容1全回流操作，并测定全塔效率；2对1520%（V）的水和酒精混合液进行分离，以达到塔顶馏出液乙醇浓度大于93%，塔釜残液乙醇浓度小于3%，并在规定时间内完成500ml的塔顶采出量。六、实验记录1全回流操作初始状态全回流操作处于正常状态时的全回流操作塔釜液浓度V%塔釜温度 回流量 ml/min全回流时全塔效率初始加热功率KW灵敏板温度 可调电压 V可调电压V塔顶温度