筛板塔精馏实验
作者:化学与化工基础实验教学示范中心 时间:20##-11-04
一、实验操作
1、原料选择 (供参考)
物系:乙醇─正丙醇或乙醇─水(自选)
原料液浓度:15-25% (容质质量百分数)
容量约6000 ml。
2、操作参数
3、浓度分析及操作参数控制方法
(1)浓度分析方法:阿贝折光仪或酒精度计分析测定。
(2)塔进料流量用转子流量计控制,塔顶产品流量用秒表和装置产品接料瓶测定。
(3)回流比R用回流比控制器调节控制。
(4)回流温度由塔顶冷却水控制。
(5)精馏釜温度控制由电流电压。
4、仪器操作要点
(1)实验前准备
① 关闭实验装置的各阀门和旋塞;
② 检查电流、电压表及电位器位置是否为零;
③ 将原料倒入高位罐,打开进料转子流量计阀门, 向精馏釜内加料至液面计上下限之间高度,关闭流量计阀门;
④ 准备好取样用的注射器和擦镜头纸;
⑤ 将与阿贝折光仪配套的超级恒温水浴调整运行到所需的温度(30℃ );
⑥ 记下塔顶、塔釜、进料、温度。
(2)全回流操作(乙醇─正丙醇物系)
① 打开进料阀,使塔釜液面在上下限之间;
② 接上电源,按下装置电源总开关;
③ 按加热按钮;
④ 调节电压到100伏左右,待10分中后将电压调节到170伏左右进行正常热;
⑤ 打开冷却水阀(约每分钟4升);
⑥ 塔板上建立液层后,缓慢调小电压至塔内维持正常操作;
⑦ 塔板鼓泡均匀后,打开进料阀至所需流量;
⑧ 按回流比按钮,调节回流比至所需比例;
⑨ 控制好各操作指标(维持不变),使塔板上传质状况正常;
⑩ 操作稳定10分钟后记录各温度及操作参数;
11用注射器分别取出塔顶、塔釜、进料样品,用阿贝折光仪光分折各浓度。
(3)实验结束
①关进料阀;
②将电压调为零,按加热按钮;
③按回流比按钮(关闭回流比);
④关冷却水。
(4)注意事项
①电压调节一定要缓慢;
②产品接料瓶满后打开考克装进回收瓶;
③塔釜液面过高时调节液面控制阀;
④实验过程各控制指标一定要稳定。
第二篇:筛板塔精馏过程实验
筛板塔精馏过程实验
一、 实验目的
(1) 了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构,掌握精馏过程的基本操作方法。
(2) 学会判断系统达到稳定的方法,了解精馏塔温度分布的规律,掌握用气相色谱仪测定液体组成的方法。
(3) 学习精馏塔全塔效率的测定方法。
二、 实验原理
1. 理论板概念
塔板是上升蒸气与下降液体进行传热和传质过程的场所。塔板上所发生的传递过程十分复杂,很难用简单的方法描述。
为了描述塔板上的传递过程,对塔板上的过程进行简化处理是必要的。故此,引入一个被称为“理论板”的理想化塔板模型。理论板是指塔板上各处的液相组成均匀一致,离开该板的气液两相互呈平衡。在理论板上气液两相皆充分混合,各自组成均匀,塔板上不存在传热、传质过程的阻力,也就不存在温度差和浓度差。这样,就可以暂时不去考虑塔板上十分复杂的传递过程。离开塔板的气、液两相达平衡的含义是指两相温度相等、组成相互平衡。
2. 全塔效率
精馏塔的设计首先需要求完成分离任务所需的理论板数,然后,通过类似塔实际测定,或是通过经验方法(包括计算机模拟)得到全塔效率的数值,再求出精馏塔需要的实际塔板数。因此,全塔效率的测定是精馏塔设计中具有实际意义的工作。
全塔效率又称总板效率,是指达到指定分离效果所需理论板数与实际板数的比值,即
式中, 完成指定分离任务所需的理论塔板数(包括蒸馏釜);
完成指定分离任务所需的实际塔板数。
全塔效率与塔板结构、物性系数、操作状况等因素有关。
全回流下所需理论塔板数,可由已知的双组分物系的相平衡关系,以及实验中测得的塔顶馏出液组成、塔釜液的组成,用图解法求得。
3. 图解法计算理论板数
精馏在全回流操作时,操作线在图上为对角线,如图所示。从塔顶作水平线交于平衡线,即使用了一次平衡关系。然后过平衡线上的交点作垂线交于对角线,也就是使用了一次操作关系。依此循环,直到在平衡线上读出的液相组成小于塔釜的组成。如图,使用了次平衡关系就是块理论塔板(包括塔釜),就有。
三、 实验装置
本实验装置的主体设备是筛板精馏塔,配套的有加料系统、回流系统、产品出料管路、残液出料管路、进料泵和一些测量、控制仪表。见附图。
实验在常压下进行。
四、 实验方法
本实验为全回流下的精馏塔操作实验。特点是原料液一次加入塔釜,然后关闭进料及出料的阀门,回流管路的阀门全开。
(1) 配制浓度10%~20%(体积百分比)的乙醇-水原料液,加入贮罐(图中未编号)。打开进料管路上的阀门,用进料泵将料液打入塔釜,至釜容积的2/3处(由塔釜液位计可观察)。加料由实验室的老师完成,同学只需检查液位。
注意:料液一定要加到液位计量程的2/3处方可打开加热管电源,否则塔釜液位过低会使电加热丝露出干烧致坏。
(2) 关闭塔身进料管路上的阀门,取原料液样品(此时为塔釜液)。样品用气相色谱仪分析,如果乙醇的摩尔分数0.033(相当于体积分数10%),则应要求老师补充乙醇。不补充的后果可能是最终测不出値。
注意:取样前应先将取样口内积存(不能流动部分)的液体放至烧杯,倒入原料液贮罐的接液口。放液量不可过多,否则中途补料将使实验前功尽弃。
(3) 启动电加热管电源,调节加热电压至适中为止,使塔釜温度缓慢上升;随即打开塔顶冷凝器的冷却水,调节合适冷凝量,并关闭塔顶出料管路,使整塔处于全回流状态。
注意:因塔中部玻璃部分较为脆弱,若加热过快玻璃极易碎裂,使整个精馏塔报废,故升温过程应尽可能缓慢。
(4) 观测记录全塔温度分布及变化情况。全塔各塔板的温度在10min之内无变化,即可视为操作达到稳定。
注意:实验室有两种精馏塔,温度显示屏中各塔板温度的显示位置是不相同的。
建议:由于需要同时记录各板的温度,有一定难度。可以用手机拍摄温度显示屏,每5min拍摄一次,三次各数据要求基本相同。此时塔顶约78℃,塔釜100℃。
(5) 当塔顶温度、回流量和塔釜温度稳定后,分别取塔顶样品和塔釜样品,用气相色谱分析仪分析组成。
注意:此时塔釜取样口1内积存的液体含基本是水,不回收,倒入下水道。塔顶液取样时放出管内积存液,倒入原料液贮罐回收。
取样用注射器从所测定的塔板中缓缓抽出,取1ml左右注入事先洗净烘干的针剂瓶中,并给该瓶盖标号以免出错,各个样品尽可能同时取样。
五、 记录数据
(1) 塔的结构及相关尺寸(塔径、塔板数等);
注意:实验室有两种规格的精馏塔。
(2) 原料液组成(乙醇的摩尔分数,下同);
(3) 全塔温度分布数据表;
(4) 全回流条件下回流流量、塔顶及塔釜组成及 ;
六、 数据处理
(1) 绘制全塔温度分布曲线。以塔板编号为横坐标,对应温度为纵坐标。
(2) 按全回流用图解法计算理论板数。
(3) 计算全塔效率。
七、 思考题
(1) 塔顶放空阀一定要打开,否则容易因塔内压力过大导致危险。还有没有别的原因?
(2) 分析并讨论实验过程中观察到的现象。
提示:分析、讨论不是写检讨。
如果做错了,应该讨论:现象是什么?哪一步出了问题?应该怎么纠正?给你了什么启示?等等;
如果实验现象正常,则描述实验现象,并可以讨论:如果把某个实验参数变大或变小,可能会发生什么问题?如果某个地方错误操作,可能发生何种现象?有没有挽回的可能?如果让你改造这个装置,你会怎样做?等等。
附:筛板塔精馏塔实验装置图
1-塔釜排液口;2-电加热器;3-塔釜;4-塔釜液位计;5-塔板;6-温度计; 7-窥视节;
8-冷却水流量计;9-盘管冷凝器;10-塔顶平衡管;11-回流液流量计; 12-塔顶出料流量计;
13-产品取样口;14-进料管路;15-塔釜平衡管;16-盘管加热器; 17-塔釜出料流量计;
18-进料流量计;19进料泵;20-产品储槽;21-残液储槽; 22-料液取样口;
23-冷却水进口;24-惰性气体出口;25-冷却水出口