化工原理实验报告
化工原理实验报告
实验名称：荊镉实验
班级：化实1101
学号：2011011499
姓名：趣
同组人：陈文汉，黄凤磊，杨波
实验日期：_ 2013.4.28
报告摘要
摘要：精餾是实现液相混合物液液分离的重要方法，而精懈塔是化工生产中进行分离过程的主要单元，板式精馅塔为其主要形式。本实验用工程模拟的方法模拟精馀塔在全回流的状态下的操作情况，从而计算单板效率和总板效率，并分析影响单板效率的主要因素，最终得以提髙塔板效率。
二、实验目的及任务
1?熟悉精镭的工艺流程，掌握精餾实验的操作方法。
2?了解板式塔的结构，观察塔板上气-液接触状况。
3?测泄全回流时的全塔效率及单板效率。
三、实验原理
在板式精慵塔中，由塔釜产生的蒸汽沿塔板逐板上升与来自塔顶主板下降的回流液，在踏板上实现多次接触，进行传质与传热，使混合液达到一定程度的分离。
回流是精馅操作得以实现的基础。塔顶的回流量与采出量之比，称作回流比。回流比是精憾操作的重要参数之一，其大小影响着精慵操作的分离效果和能耗。
回流比存在两种极限情况：最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作，要完成分离任务，则需要无穷多块塔板的精慵塔。当然，这不符合工业实际，所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时，既无任何产品采出，也无原料加入，塔顶的冷凝液全部返回塔中，这在生产中无实验意义。但是，由于此时所需理论半板数最少，又易于达到稳定，故常在工业装置的开停车、排除故障及科研时采用。
实际回流比常取最小回流比的1.2?2.0倍。在精饰操作中，若回流系统出现故障，操作情况会急剧恶化，分离效果也将变坏。
板效率是体现塔板性能及操作情况的主要参数，有以下两种左义方法：
N
1?总板效率E： E = —
N e
式中E——总板效率：
N——理论板数(不包括塔釜)；
N e——实际板数。
2?单板效率E,nl： E,,,,=
式中E ml——以液相浓度表示的单板效率：
x“ \ S ——第n (n-1)块板的液相浓度；
X；一一与第n块板气相浓度相平衡的液相浓度。
总板效率与单板效率的数值通常是实验确左。单板效率是评价塔板性能优劣的重要数据。
物系性质、板型及操作负荷是影响单板效率的重要因素。当物系与板型确定后，可通过改变气液负荷达到最高的板效率：对于不同的板型，可以在保持相同的物系及操作条件下，测左其单板效率，以评价英性能的优劣。总板效率反映全塔各塔板的平均分离效果，常用于板式塔的设计中。
四、实验流程
本实验的流程如图所示，主要由精懈塔、回流分配装苣及测控系统组成。
1 ?精馅塔
精饰塔为筛板塔，全塔共八块塔板，塔身的结构尺寸为：塔径（57X3.5） mm，塔板间距80inm；溢流管截而积78.5/wn2 ,溢流堰高12mm,底隙高度6inm：每块塔板
开有43个直径为1.5nmi的小孔，正三角形排列，孔间距为6mm.为了方便观察塔板上的气-液接触状况，塔神设有一节玻璃视盅，在1?6块塔板上均有液相取样口。
蒸馅釜尺寸为01O8mmX4mmX4OOmim塔釜装有液位计、电加热器（1.5kW）、
控温电加热器（200W）、温度计接口、测压口和取样口，分别用于观测釜内液而高度, 加热料液，控制电加热虽:，测量塔釜温度，测量塔顶与塔釜的压差和塔釜液取样。由于本实验所取试样为塔釜液相物料，故塔釜可视为一块理论板。塔顶冷凝器为一蛇管
式换热器，换热面积为0 06加彳，管外走蒸汽，管内走冷却水。
1 一塔顶冷凝器：2—回流比分配器；3—塔身：4—转子流疑计：5—视蛊：6—塔釜：7—塔
釜加热器；8—控温加热器；9—支座：10—冷却器；11—原料液罐；12—缓冲罐：13—进料
泵：14—塔顶放气阀
2?回流分配装宜
回流分配装宜由回流分配器与控制器组成。控制器由控制仪表和电磁线圈构成。回流分配器由玻璃制成，由一个入口管、两个出口管及引流棒组成。两个出口管分别用于
回流和采出。引流棒为一根04mm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和采出操作。即肖控制器电路接通后，电磁线圈将引流棒吸起，操作处于采出状态；当控制器电路断路时，电磁线圈不工作，引流棒自然下垂，操作处于回流状态。此回流分配器既可通过控制器实现手动控制，也可通过计算机
实现自动控制。
3?测控系统
在本实验中，利用人工智能仪表分别测定塔顶温度、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，该系统的引入，不仅使实验更为
便捷，又可实现计算机在线数据采集与控制。
4?物料浓度分析
本实验所选用的体系为乙醇-正丙醇，由于这两个物质的折射率存在差异，且其混合物的质量分数与折射率有良好的线性关系，故可通过阿贝折光仪分析料液的折射率，从而得到浓
度。这种测左方法的特点是方便快捷、操作简单，但精度稍低：若要实现高精度的测量，可
利用气相色谱进行浓度分析。
混合物料液的折射率在40°C时与质量分数（以乙醇让）的关系：
co = 58.67 一42.53心
式中co——料液的质疑分数：
n d—料液的折射率。
五、实验操作
1.对照流程图，先熟悉精慵过程的流程，并搞清仪表柜上按钮与各仪表相对应的设备与测
控点。
2?全回流操作时，在原料储罐中配置乙醇含量20%?25% （摩尔分数）左右的乙醇-正丙醇料
液，启动进料泵，向塔中供料至塔釜液而达250~300mm「
3?启动塔釜加热及塔身伴热，观察塔釜、塔身、塔顶温度及塔板上的气液接触情况（观察视
镜），发现塔板上有料液时，打开塔顶冷凝器的冷却水控制阀。
4?测左全回流情况下的单板效率及全塔效率，在一左回流量下，全回流一段时间，待该塔操
作参数稳左后，即可在塔顶、塔釜及相邻两块塔板上取样，用阿贝折光仪进行分析，测取数据（重
复2次），并记录各操作参数。
六、实验数据处理
X 0.000 0.126 0.188 0.210 0.358 0.461 0.546 0.600 0.663 0.844 1.000 y 0.000 _0.240 0.318 0.339 0.550 0.650 0.711 0.760 _0.799 0.914 1.000 n顶”n4 n5 n釜
1. 3581 1. 3695 1. 3719 1. 3775
1. 358 1. 3695 1. 3722 1. 3774
平均值 1.35805 1. 3695 1.37205 1.37745
质量分数0.8953 0. 4298 0.3262 0. 1067J
摩尔分数0.9177 0. 4958 0.3870 0.1347
以114为例:
平均值na= (nai+nd2)/2= (1.3695+1.3695) /2=1.3695 质量分数w=56.10-40.65*n d=56.10-
40.65*1.3695=0.4298 摩尔分数乂= (w/M/Q /[ (w/M z.w)+ (1-w) /M ：卜内旳]
=(0.4298/46) /[(0.4298/46)+(l-0.4298)/60]=0.4958
V = O.5438x3-1.5291x2十1.9844X- O.OOO7 R a =0 9994
由图可以看出，理论塔板数为5.659块
则总板效率：E=N/Ne= (5.659-1) /8*100%=58.24%
第5块板气相浓度y5=x4=0.4958
査图可知,与X*5=0.3183
则单板效率：Emi=(X4-X5)/(X4-X5*) = (0. 4958 -0. 3870 ) / (0. 4958-0.3183) =0. 613
七、实验结果分析
1、全塔效率：
对于特左结构，由于塔上下气液相组成等不同，导致物性不同。由于塔板阻力不同，所以上下压强不同。因此导致每个塔板效率不同。因此，我们才有E=N/Ne方法来评估塔的效率。本次试验中，E=58.24%,而且仅为大体估计，因为实脸本身存在着些许误差。我们发现，流体性质，板结构等都会影响效率。
2、单板效率：
塔板性能依靠单板效率来衡量，当板型确左后，通过改变气液负荷来达到最高的板效率，本实验中，我们默弗里板效率公式算的，E=0.613o
综上：可以看岀全塔效率较好，而单板效率与全塔效率相比，更好一些。
八、误差分析
1、全回流是使塔顶冷凝液全部返回到塔中而不采岀；全回流时，回流比为无穷大，操作线和对角线重合，此时推动力也最大，同时也没有进料：由于没有任何采岀量，在实际生产中没有任何意义，只适用于开停车和科研工作：通过全塔压降可以知道气液负荷。
3、当塔顶和塔釜温度趋于稳定，且全塔压降趋于稳左时，精懾塔的操作也就基本稳立了。
5、当回流比小于最小回流比时，精憾塔还能操作，但是不能达到规徒的生产要求；回流比的确