筛板精馏塔及塔板效率原理解析

1、筛板精微塔的操作及塔板效率的测定一、实验目的1 .了解板式塔的结构与流程，掌握其操作方法。2 .测定筛板塔在全回流和部分回流时的全塔效率。3 .改变操作条件(回流比、加热功率等)，观察塔内温度变化，从而了解回流的作用和操作条件对精微分离效果的影响。二、实验原理在板式精储塔中，混合液在塔板上传质、传热，汽相逐板上升，液相逐板下降，层层接触，多次部分冷凝、部分汽化，在塔顶得到较纯的轻组分，塔釜得到较纯的重组分，从而实现分离。当离开塔板的汽液两相组成平衡、温度相同时，则此塔板称为理论板。然而在实际操作中，由于塔板上汽液两相接触时间有限及相间返混等因素影响，使汽液两相尚未达到平衡即离开塔板，即一块实际

2、塔板的分离效果达不到一块理论板的作用，因此精储塔所需的实际板数比理论板数多。精储塔之所以能使液相混合物得到较完全的分离，关键在于回流的运用。从塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比称为回流比，它是精储操作的一个重要控制参数。回流比数值的大小影响着精微操作的分离效果与能耗，回流比可分为全回流、最小回流比和实际操作时采用的适宜回流比。全回流是一种极限情况，它不加料也不出产品。塔顶冷凝液全部回到塔内，在生产上没有意义。但是这种操作容易达到稳定，故在装置开工和科学研究中常常采用。对于一定的分离要求，减少回流比，所需理论塔板数增加，当减到某一回流比时，需要无穷多个理论板才能达到分离要求，这一回流比称为最小

3、回流比。实际选用的适宜回流比应为最小回流比的1.22倍。板效率是反映塔板性能及操作好坏的重要指标。精储塔塔板数的计算利用图解的方法最简便。对于二元物系，若已知汽液平衡数据，则根据储出液的组成XD、料液组成XF、釜残7组成XW及回流比R,很容易求出理论板数Nt。1 .全回流操作时的全塔效率Et和单板效率EmV(n)的测定在全回流操作时，操作线在x-y图上为对角线，根据实验中所测定的塔顶、塔底组成和在操作线和平衡线间作梯级，即可得到理论板数，然后根据装置实际板数，由式（1）可求取全塔效率Nt-1/(1)Ett一100%Np式中：Nt一为完成一定分离任务所需的理论板数，包括蒸储釜；Np一为完成一定分

4、离任务所需的实际板数，本装置Np=7汽相单板效率:EmV(n)yn-yn1*yn一yn1(2)在全回流操彳条件下，yn=Xn-1,yn+1=Xn。E二Xn-Xn所以,(3)EmV(n)一*yn-Xn式中：yn,yn+1自n板及n+1板上的上升蒸汽的平均浓度;Xn,Xn-1自n板及n-1板上的下降液体的平均浓度；y*与n板上的液体平均浓度xn成平衡的汽相浓度。2 .部分回流时全塔效率Et'的测定部分回流时，通过确定精储段操作线方程和进料q线方程，测量得到的塔顶组成xd、塔底组成xw和进料组成，用x-y图解法得到理论板数Nt,由式（1）便可求取全塔效率Et'。R精情段操作线方程：y

5、nL.XnxdR1(4)式中：R一回流比;XD塔顶厂品液相组成。实验中回流量由回流转子流量计测量，但由于实验操作中一般作冷液回流,故实际回流量L需进行校正。cpDdD-tR)(5)L=LoI1+-D式中：Lo一回流转子流量计上读数值，l/min；L一实际回流量，l/min；tD塔顶液相温度，C；tR一回流液温度，C；1CpD塔顶回流放在t平均=2（tD+tR）下的比热，kJ/（kg妁；rD塔顶回流液组成下的汽化潜热，kJ/kg。产品量D可由产品转子流量计测量，回流比R由式（6）计算(6)实验中塔顶取样测定产品组成XD,并测量回流和产品转子流量计读数L0和D、回流温度tR和塔顶液相温度tD,查表

6、确定CpD和D,由式（5）、（6）可求得回流比R,代入式（4）即可得精储段操作线方程。进料q线方程:qXfy=-xq-1q-1式中：q一进料的热状况参数;XF一进料液组成1kmol进料变为饱和蒸汽所需热量，CpF（ts-tF）(8)q=1+1kmol进料的汽化潜热rF式中：ts一进料液的泡点温度，C；tF一进料液的温度，C；1CpF一进料液在t平均=1（ts+tF）下的比热，kJ/（kg妁；rD一进料液组成下的汽化潜热，kJ/kg。实验中确定进料液组成XF,测量进料温度tF,查表确定ts、CpF和rF,由式（8）即可得到q,代入式（7）即可得到q线方程。三、实验仪器精储塔装置由塔釜、塔体、全凝

7、器、加料系统、回流系统、贮槽（原料、产品、釜液）以及测量、控制仪表等组成（图1）。筛板精储塔内径（W8mm,共7块塔板，其中精储段5块，提储段2块；精储段板间距为150mm,提储段板间距为180mm；筛孔孔径为1.5mm,正三角形排列，孔间距4.5mm,开孔数为104个。本装置采用电加热方式，塔釜内装有3支额定功率为3kW的螺旋管加热器。在由塔顶往下数的第4和第5块板上的进口堰处设有液相取样口，可测取第3、第4块上的下降液相样品，另外在装置上分别设有料液、产品和釜液的取样口。塔顶有一蛇管式冷凝器，冷却水走管内，蒸汽在管外冷凝，冷凝液可由塔顶全部回流，也可以由塔顶取样管将冷凝液（储出液）全部放出

8、。1原料槽；2一冷凝器；3筛板精储塔；4塔釜；5一产品贮槽；6一釜液贮槽;7转子流量计；8输液泵。图1实验装置流程示意图四、实验操作步骤1 .首先熟悉精储塔设备的结构和流程，并了解各部分的作用，然后检查加热釜中料液量是否适当，釜中液面必须浸没电加热器（约为液面计高2/3左右），釜内料液组成以含酒精15%20%（质量分率）的水溶液为宜。2 .关闭进、出料阀，关闭采样阀，全开冷凝器顶部排气阀，稍开冷却水阀门，全开回流转子流量计阀门，先进行全回流操作。3 .接通总电源，打开仪表柜上的电源和加热开关，用调压器逐渐加大电压。注意观察塔顶、塔釜的温度变化和第一块塔板的情况，当见到有上升蒸汽时，加大冷却水，

9、冷却水量可由转子流量计观察，其用量能将全部酒精蒸汽冷却下来即可。4 .当各层塔板上汽液鼓泡正常时，当灵敏板温度基本不变时，操作即达稳定，此时塔顶、塔釜温度恒定也不变，读取回流液量和温度，并取样。用注射器同时抽取第三板和第四板的液相样品；由塔顶取样管和塔底取样口用锥型瓶（或带塞大试管）接取适量试样，取样前应先取少量式样冲洗锥型瓶一、二次。取样后用塞子将锥型瓶塞严，并使其冷却到2030c之间；酒精组分与比重对照，或采用气相色谱分析样品组成。5 .改变电压，重复步骤4再进行一次全回流操作。6 .进行部分回流操作。将回流比调至35,同时调整进料、产品、釜液等流量c当灵敏板温度稳定以及釜液液面恒定后，即

10、部分回流操作达稳定。读取各转子流量计的流量和各温度计的温度，并测取产品、料液、釜液的样品，采用酒精计或气相色谱测其组成。7 .实验结束，先将旋转自耦变压器手轮调至零位，按红色按钮并关掉电源，一切恢复原来状态，待塔内没有回流后，关闭冷却水。五、数据处理1 .将原始数据列表。2 .计算全塔效率。3 .根据实验结果分析回流比、加热效率对精储操作的影响。六、注意事项1 .在操作过程中，釜液面千万不能低于釜液出口位置。2 .一定要待操作稳定后才能取样，且要同时进行，尤其是测定单板效率的两只样品，用微量注射器抽取塔板上液样时，动作要轻缓协调，抽取的液量不必太多，一般取0.30.5ml即可。七、思考题1 .影响精储操作稳定的因素是哪些？维持塔稳定操作应注意哪些操作岗位？如