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1、填 料 精 餾 塔 操 作 和等 板 高 度 的 測 定08化 工08111003148鐘 榮 丹 1、 實 驗 目 的2、 實 驗 原 理3、 實 驗 流 程 圖4、 實 驗 步 驟5、 數 據 處 理6、 問 題 討 論 實 驗 目 的1.了 解 填 料 精 餾 塔 各 部 分 的 構 造 ， 精餾 過 程 及 操 作 方 法2.學 會 測 定 精 餾 塔 的 理 論 塔 板 數 及 等板 高 度3.理 解 回 流 比 以 及 蒸 汽 流 速 對 精 餾 塔性 能 的 影 響 1.填 料 塔 是 以 塔 內 的 填 料 作 為 氣 液 兩 相 間 接 觸 構件 的 傳 質 設 備 。 填

2、料 塔 的 塔 身 填 料 塔 結 構 示 意 圖 是 一直 立 式 圓 筒 ， 底 部 裝 有 填 料 支 承 板 ， 填 料 以 亂 堆 或 整砌 的 方 式 放 置 在 支 承 板 上 。 填 料 的 上 方 安 裝 填 料 壓 板 ，以 防 被 上 升 氣 流 吹 動 。 液 體 從 塔 頂 經 液 體 分 布 器 噴 淋到 填 料 上 ， 并 沿 填 料 表 面 流 下 。 氣 體 從 塔 底 送 入 ， 經氣 體 分 布 裝 置 （ 小 直 徑 塔 一 般 不 設 氣 體 分 布 裝 置 ） 分布 后 ， 與 液 體 呈 逆 流 連 續(xù) 通 過 填 料 層 的 空 隙 ， 在 填

3、料表 面 上 ， 氣 液 兩 相 密 切 接 觸 進 行 傳 質 。 填 料 塔 屬 于 連續(xù) 接 觸 式 氣 液 傳 質 設 備 ， 兩 相 組 成 沿 塔 高 連 續(xù) 變 化 ，在 正 常 操 作 狀 態(tài) 下 ， 氣 相 為 連 續(xù) 相 ， 液 相 為 分 散 相。實 驗 原 理 2.圖 解 求 理 論 塔 板 數 ： 從 對 角 線 上 的 xd 開 始 ， 作 x 軸 的 平行 線 （ 水 平 線 ） 交 平 衡 線 于 y1， 再 從 平衡 線 上 的 y1 作 y 軸 的 平 行 線 （ 垂 直 線 ）交 操 作 線 于 x1； 接 著 從 x1 再 作 x 軸 的 平行 線 （

4、水 平 線 ） 交 平 衡 線 于 y2， 再 從 平衡 線 上 的 y2 作 y軸 的 平 行 線 （ 垂 直 線 ）交 操 作 線 于 x2， 以 此 類 推 ， 直 到 階 梯 形達 到 xw 為 止 。 每 一 階 梯 表 示 一 塊 理 論塔 板 。 3.全 塔 效 率 的 定 義 為 ： = NT/N式 中 NT、 N 分 別 表 示 達 到 某 一 分 離 要 求需 的 理 論 板 數 和 實 際 板 數 ， 全 塔 效 率 一 般可 在 全 回 流 操 作 時 來 測 定 。4.等 板 高 度 ： HETP =Z/NT式 中 Z為 填 料 層 高 度 ， NT為 理 論 板 數

5、 。 等 板 高度 與 一 層 理 論 塔 板 的 傳 質 相 當 的 填 料 層 高 度 ，它 的 大 小 取 決 于 填 料 的 類 型 ， 材 質 和 尺 寸 ， 受系 統(tǒng) 物 性 ， 操 作 條 件 及 塔 設 備 尺 寸 的 影 響 ， 一般 由 實 驗 測 得 。 5.操 作 因 素 對 塔 性 能 的 影 響 對 精 餾 塔 而 言 ， 所 謂 操 作 因 素 主 要 是 指 如 何 正確 選 擇 回 流 比 、 塔 內 蒸 氣 速 度 、 進 料 熱 狀 況 等 。 對 于 一 個 給 定 的 塔 ， 回 流 比 的 改 變 將 會 影 響 產品 的 濃 度 、 產 量 、 塔

6、 效 率 和 加 熱 蒸 氣 消 耗 量 等 。 適宜 的 回 流 比 R 應 該 在 小 于 全 回 流 而 大 于 最 小 回 流 比的 范 圍 內 ， 通 過 經 濟 衡 算 且 滿 足 產 品 質 量 要 求 來 決定 。 塔 內 蒸 氣 速 度 通 常 用 空 塔 速 度 來 表 示 。 即 使 塔徑 相 同 ， 精 餾 段 和 提 餾 段 的 蒸 氣 速 度 也 不 一 定 相 等 。 實驗流程圖 實 驗 步 驟1.配 制 約 5%（ v） 酒 精 水 溶 液 注 入 蒸 餾 釜 內 至 液 位 計 上 的 標記 為 止 （ 約 塔 釜 2/3處 ） ；2.供 料 槽 內 配 置

7、15 20%（ v） 酒 精 水 溶 液 ；3.開 冷 水 閥 門 ， 向 冷 凝 器 供 水 ； 開 啟 電 源 ， 調 節(jié) 電 壓 給 蒸 餾釜 加 熱 ；4.有 回 流 后 ， 先 作 全 回 流 ， 控 制 蒸 發(fā) 量 ， 這 時 “ 靈 敏 板 ” 溫度 應 控 制 在 設 定 范 圍 內 ；5.啟 動 料 泵 向 精 餾 塔 供 料 ， 控 制 一 定 流 量 ， 進 行 部 分 回 流 操作 ；6.調 整 回 流 比 ， 可 使 產 品 達 到 要 求 濃 度 ；7.取 樣 測 濃 度 ；8.實 驗 完 畢 后 ， 即 停 止 供 電 ， 運 轉 一 個 時 期 后 ， 才 停

8、止 向 冷凝 器 供 水 ， 不 得 過 早 停 水 ， 避 免 酒 精 的 損 失 和 著 火 的 危 險 。 數 據 處 理體積分數%摩爾分數%塔頂9 2 .5 7 9 .2 0塔釜4 1 .2 7如 圖 : NT=7 其 中 ， N=20， Z=2.02m 所以 =N T/20=7/20=35% HETP=Z/NT=2.02/7=0.29m 問 題 討 論1.回 流 比 對 塔 效 率 的 影 響 回 流 比 對 精 餾 效 果 有 極 大 影 響 。 在 塔 中 蒸 氣 量 一 定的 條 件 下 ， 回 流 比 越 大 ， 回 流 量 相 應 地 越 多 ， 但 相 應 得到 餾 出

9、液 的 量 越 少 。 塔 板 上 發(fā) 生 的 是 部 分 氣 化 和 部 分 冷凝 ， 液 體 部 分 氣 化 時 首 先 生 成 的 是 易 揮 發(fā) 含 量 較 高 的 蒸氣 ， 回 流 量 越 大 ， 氣 化 生 成 的 蒸 氣 含 易 揮 發(fā) 組 分 也 較 多 ，相 應 地 可 以 用 較 少 的 塔 板 數 達 到 要 求 的 分 離 純 度 。 回 流 比 增 大 的 極 限 是 塔 頂 冷 凝 液 全 部 作 為 回 流 ， 這時 R = ， 稱 為 全 回 流 。 在 這 種 情 況 下 ， 精 餾 段 操 作 線和 提 餾 段 操 作 線 都 簡 化 為 y = x， 精

10、餾 所 需 的 理 論 板 數 最少 。 全 回 流 時 實 際 上 得 不 到 產 品 ， 在 工 業(yè) 上 是 不 采 用 的 。 2.塔 內 蒸 氣 速 度 對 塔 效 率 的 影 響適 當 地 選 用 較 高 的 蒸 氣 速 度 ， 不 僅 可 以 提 高 塔 板 效 率 ，而 且 可 以 增 大 塔 的 生 產 能 力 。 但 是 ， 如 果 速 度 過 大 ， 則會 因 為 產 生 霧 沫 夾 帶 及 減 少 了 氣 液 兩 相 接 觸 時 間 而 使 塔板 效 率 下 降 ， 甚 至 產 生 液 泛 而 使 塔 被 迫 停 止 運 行 。 因 而要 根 據 塔 的 結 構 及 物

11、料 性 質 ， 選 擇 適 當 的 蒸 氣 速 度。3.影 響 HETP的 因 素物 理 因 素 ： 物 系 及 組 成 ， 氣 液 兩 相 的 各 種 物 理 性 能 等設 備 結 構 因 素 ： 塔 徑 和 塔 高 等操 作 因 素 ： 蒸 汽 速 度 ， 進 料 狀 況 和 回 流 比 等 4.在 精 餾 操 作 過 程 中 ， 回 流 溫 度 發(fā) 生 波 動 ，對 操 作 會 產 生 什 么 影 響 ？5.改 變 塔 釜 加 熱 電 壓 ， 對 塔 頂 產 品 質 量有 何 影 響 ？餾 出 物 的 純 度 可 能 不 高 ， 降 低 塔 的 分 離 效 率 。塔 釜 電 壓 改 變

12、， 會 使 上 升 蒸 汽 流 溫 度 發(fā) 生 改變 ， 從 而 使 塔 頂 產 品 的 組 成 發(fā) 生 改 變 。 6.如 果 乙 醇 溶 液 中 含 有 少 量 甲 醇 則 會 給 比 重法 測 定 乙 醇 濃 度 帶 來 何 種 影 響 ？7.注 意 事 項甲 醇 的 密 度 比 乙 醇 的 密 度 大 ， 若 溶 液 中 混 有 甲 醇 ， 則 溶液 的 密 度 會 變 大 ， 使 測 量 的 乙 醇 溶 液 的 濃 度 變 小 。1.本 實 驗 過 程 中 ， 要 特 別 注 意 安 全 ， 嚴 禁 干 燒 加 熱 器 ， 以免 發(fā) 生 觸 電 事 故 。2.開 車 時 必 須 先 接 通 冷 卻 水 ， 方 能 進 行 塔 釜 加 熱 ， 停 車 時則 反 之 。3.取 樣 時 ， 打 開 取 樣 旋 塞 要 緩 慢 ， 以 免 燙 傷 。4.塔 頂 殘 留 不 凝 性 氣 體 要 排 出 干 凈 ， 否 則 將 影 響 產 品 的 采出 和 濃 度 監(jiān) 測 。